High-fidelity qubit readout using interferometric directional Josephson devices
在高保真量子位读出方案中需要非互易微波器件，例如循环器和隔离器，以单向路由读出信号并保护量子位免受来自输出链的噪声的影响。然而，低温循环器和隔离器在可扩展的超导架构中是禁止的，因为它们依赖于磁性材料。在这里，我们执行一个快速（750 ns）高保真度（95%）的量子非破坏读出的相干超导量子比特（$T_{1}=52$ $μs$，$T_{\rm{2E}}=35$ $μs$）没有任何非互易磁性设备。我们采用在我们的读出链微波控制的量子位读出多芯片模块（qRMCM），集成了干涉定向约瑟夫森器件组成的隔离器和可重构的隔离器/放大器设备和片外低通滤波器。使用qRMCM，我们证明隔离高达45 dB的13 MHz内，当两个定向器件作为隔离器，和低噪声放大超过10 dB的$10$ MHz的动态带宽内，当可重构器件作为放大器操作。我们还证明了使用qRMCM的可变隔离，量子比特相干时间$T_{\rmφ}$和$T_{\rm{2E}}$的原位增强了两个数量级（即，从$T_{\rmφ}=T_{\rm{2E}}=0.5$ $μs$到$T_{\rmφ}=90$ $μs$和$T_{\rm{2E}}=50$ $μs$）。此外，通过直接比较qRMCM性能与采用一对宽带磁隔离器的最新配置（具有$T_{\rm{2E}}\approx 2T_{1}$），我们发现用qRMCM（其中$T_{\rm{2E}}\approx T_{1…
2021-09-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Coupling and dephasing in Josephson charge-phase qubit with radio frequency readout
SQUID结构的库珀对盒量子位通过探测SQUID的有效约瑟夫森电感实现量子位态的读出。这是通过将量子位耦合到储能电路来实现的，该储能电路在SQUID回路中感应出小的交变超电流。计算了环的几何电感对系统本征态的影响。由于二次耦合到储能电路的量子位移相的效果进行了评估。结果表明，在魔点附近的退相率是相对较低的，除非形成量子位的约瑟夫森结是相当不相似的。在避开的水平交叉点附近，这种失相总是很明显的。
2004-07-22 cond-mat.supr-con
Josephson parametric phase-locked oscillator and its application to dispersive readout of superconducting qubits
参量锁相振荡器（PPLO），也称为参变管，是一种谐振电路，其中一个电抗被周期性调制。它可以检测、放大和存储自激振荡两个不同相位形式的二进制数字信号。事实上，使用基于磁性铁氧体环或变容二极管的PPLO作为其基本逻辑元件的数字计算机在20世纪50年代和60年代成功运行。最近，已经在机电谐振器中证明了基本的位操作，并且已经提出了基于光学PPLO的伊辛机。在这里，使用PPLO实现与约瑟夫森结电路，我们演示了微波信号的解调数字调制的二进制相移键控。此外，我们将这种解调能力应用于超导量子比特的色散读出。这种读出方案能够实现快速和锁存型读出，但在量子位耦合到的谐振器中仅需要少量的读出光子，因此具有几种不同方案的组合优势。我们已经实现了高保真度，单次和非破坏性的量子位读出，拉比振荡对比度超过90%，主要受量子位能量弛豫的限制。
2014-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Multi-Path Interferometric Josephson Directional Amplifier for Qubit Readout
我们实现并表征了一个适用于量子比特读出的量子限制的定向约瑟夫森放大器。该器件由两个非简并的三波混频放大器组成，它们以干涉方案耦合在一起，嵌入在印刷电路板中。非互易性是通过在馈送设备的同频泵之间施加相位梯度来产生的，该相位梯度在法拉第介质中起磁场的作用。通过系统中多路径之间的波干扰，诱导定向放大和反射增益消除。我们测量并讨论了器件的主要品质因数，实验结果与理论符合得很好。这种定向放大器的改进版本有望消除对体积庞大的片外隔离级的需求，这些隔离级通常在高保真、量子非破坏测量设置中将量子系统和前置放大器分开。
2017-10-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Josephson charge-phase qubit with radio frequency readout: coupling and decoherence
研究了基于超导单电荷晶体管插入低电感超导回路的电荷相位约瑟夫森量子比特。该回路电感耦合到射频驱动的储能电路，通过测量晶体管的有效约瑟夫森电感来实现量子比特状态的读出。由于电和磁控制线以及测量系统的量子比特退相和弛豫的效果进行了评估。给出了在产生最小退相干的魔点中量子比特操作的建议。
2003-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Observation of quantum oscillations between a Josephson phase qubit and a microscopic resonator using fast readout
我们已经检测到约瑟夫森相位量子比特和微观临界电流波动之间的相干量子振荡，通过实施一种新的状态读出技术，比以前的方法快一个数量级。振荡的周期与在量子比特的共振频率中观察到的光谱分裂一致。结果指出了超导量子比特中退相干和降低测量保真度的可能机制，并展示了在时域中测量两个量子比特相互作用的方法。
2004-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Active protection of a superconducting qubit with an interferometric Josephson isolator
非互易微波器件在高保真、量子非破坏（QND）测量方案中起着几个关键作用。它们将输入与输出分开，对读出信号施加单向路由，并保护量子系统免受输出链产生的不必要的噪声的影响。然而，现有技术的低温循环器和隔离器在可扩展的超导量子处理器中是不利的，因为它们使用磁性材料和强磁场。在这里，我们实现了一个有源隔离器耦合两个非简并约瑟夫森混频器的干涉计划。非互易性是通过在馈送约瑟夫森混频器的同频泵浦之间施加相位梯度来产生的，约瑟夫森混频器在法拉第介质中扮演磁场的角色。为了证明这种基于约瑟夫森的隔离器用于量子测量的适用性，我们将其并入超导量子比特的输出线，耦合到快速谐振器和Purcell滤波器。我们还利用宽带超导定向耦合器将读出信号耦合到量子位谐振器系统和量子限制约瑟夫森放大器中，以提高读出保真度。通过使用这种新颖的量子设置，我们展示了量子位的快速，高保真，QND测量，同时提供超过20 dB的保护，防止约瑟夫森放大器反射的放大噪声。
2018-10-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Simulation of a rapid qubit readout dependent on the transmission of a single fluxon
University of Otago（奥塔哥大学）；Dodd-Walls Centre for Photonic and Quantum Technologies, University of Otago（奥塔哥大学多德-沃尔斯光子和量子技术中心）；The Laboratory for Physical Sciences at the University of Maryland（马里兰大学物理科学实验室）；The Quantum Materials Center, University of Maryland（马里兰大学量子材料中心）；The Joint Quantum Institute, University of Maryland（马里兰大学联合量子研究所）
本文提出一种无需微波输入的快速量子比特读取方案，利用单个磁通量子在超导回路中的动态行为，通过集体坐标模型实现量子-经典混合动力学模拟，读取时间低于1纳秒。
2025-12-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Time-evolution in Qubit Readout Process with a Josephson Bifurcation Amplifier
对超导量子比特的约瑟夫森分叉放大器读出过程进行了量子力学分析。这是通过在测量过程中采用驱动非线性振荡器和量子比特耦合系统的密度算符的动力学的数值分析来实现的。在纯量子情况下，JBA的波函数被困在准能态，不可能发生分叉。引入退相干，使我们能够重现的分歧与有限的滞后。此外，我们详细讨论了量子比特最初处于叠加态时所涉及的动力学。我们观察到了量子位探测（JBA）纠缠态，并且在JBA跃迁开始的时刻，它被分成两个可分离的态。这相当于“投射”。然而，要读出测量结果，我们必须等到两个JBA状态在宏观上很好地分离。等待时间由JBA中的退相干强度决定。
2008-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Advanced microwave SQUID multiplexer model incorporating readout power effects and Josephson junction inhomogeneities
Institute for Data Processing and Electronics, Karlsruhe Institute of Technology（数据处理与电子研究所，卡尔斯鲁厄理工学院）
本文提出一个先进模型，用于描述微波SQUID多路复用器共振特性对读出功率的依赖性，改进了实验数据的一致性，支持非正弦电流-相位关系，实现了对非均匀隧道屏障设备的建模。
2026-03-16 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Single-shot qubit readout in circuit Quantum Electrodynamics
利用超导电路的量子信息的未来发展需要具有长相干时间的约瑟夫森量子比特结合到高精度读出。最近，使用电路量子电动力学（cQED）架构在控制相干性方面取得了重大进展，其中量子位嵌入共面波导谐振器（CPWR）中，该共面波导谐振器提供了良好控制的电磁环境并用作量子位读出。特别是一种新的量子比特设计，transmon，产生可重复的长相干时间。然而，一个高精度的单次读取的transmon，非常希望运行简单的量子算法或测量量子相关性在多量子位实验，仍然缺乏。在这项工作中，我们展示了一种新的transmon电路，其中CPWR变成了一个采样保持检测器，即约瑟夫森分叉放大器（JBA），它允许快速测量和单次判别量子比特状态。我们报告拉比振荡具有94%的高可见度与失相和弛豫时间长于0.5 $μ$ s。通过进行两次后续测量，我们还证明了这种新的读出不会引起额外的量子位弛豫。
2010-05-31 cond-mat.supr-con quant-ph
Single-shot qubit readout in circuit Quantum Electrodynamics
使用超导电路的量子信息的未来发展需要具有长相干时间的约瑟夫森量子比特[1]与高保真度读出相结合。最近使用电路量子电动力学（cQED）架构[2，3]实现了相干性控制方面的重大进展，其中量子位嵌入共面波导谐振器（CPWR）中，该共面波导谐振器提供了良好控制的电磁环境并用作量子位读出。特别是一种新的量子位设计，transmon，产生可重复的长相干时间[4，5]。然而，仍然缺乏高保真度的单次读取的transmon，非常需要运行简单的量子算法或测量量子相关性在多量子位实验中，仍然缺乏。在这项工作中，我们展示了一种新的transmon电路，其中CPWR变成了一个采样保持检测器，即约瑟夫森分叉放大器（JBA）[6，7]，它允许快速测量和单次鉴别量子比特状态。我们报告拉比振荡与94%的高可见度与失相和弛豫时间长于0：5 μ \s。通过进行两次后续测量，我们还证明了这种新的读出不会引起额外的量子位弛豫。
2010-05-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Solid-State Quantum Communication With Josephson Arrays
约瑟夫森结阵列可以用作量子信道，在远距离站点之间传输量子信息。在这项工作中，我们讨论了简单的协议，以实现高保真状态传输。通道不需要复杂的门控，而是使用适当设计的阵列的自然动力学。我们调查的影响，静态无序的约瑟夫森能量和耦合的背景门电荷，以及动态噪声的影响。我们还分析了读出过程，及其对状态转移的反作用。
2004-08-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Nondemolition Charge Measurement of a Josephson Qubit
在量子位系统中，测量算符不一定与量子位哈密顿算符交换，因此读出过程会破坏（混合）量子位能量本征态。因此，读出时间受到这种混合时间的限制，并且其保真度将降低。提出了一种测量通量量子比特电荷的量子非破坏读出方案。在约化的二能级希尔伯特空间中，测量算符与量子比特哈密顿量可交换，即使哈密顿量包含非对易的电荷和通量项。
2005-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Readout of a quantum processor with high dynamic range Josephson parametric amplifiers
我们展示了一个高动态范围的约瑟夫森参量放大器（JPA），其中的有源非线性元件是使用一个阵列的rf-SQUID。该器件通过Klopfenstein锥形阻抗Transformer与50 $Ω$环境相匹配，带宽为250-300 MHz，20 dB增益时输入饱和功率高达-95 dBm。使用54量子位Sycamore处理器对这些器件进行基准测试，提供读出功率的校准、放大器附加噪声的估计以及与具有单个dc-SQUID的标准阻抗匹配参量放大器进行比较的平台。我们发现，高功率rf-SQUID阵列设计对系统噪声、读出保真度或量子位失相没有不利影响，并且我们估计放大器增加的噪声的上限为量子极限的1.6倍。最后，具有这种设计的放大器没有显示出由于增益压缩而导致的读出保真度的降低，而增益压缩可能发生在具有传统JPA的多音复用读出中。
2022-11-23 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Optimization of Junction and Bias Parameters in readout of Phase Qubit
本文给出了约瑟夫森结的非线性Ginzburg-Landau方程的精确数值解，由此精确地求出了约瑟夫森结的非平凡电流密度和有效势，并计算了所计算的束缚态在势阱中的隧穿几率。采用连续微扰法研究了绝缘层厚度、横截面积、偏置电流和磁场等结和偏置参数对器件性能的影响。我们定义和计算的品质因数实现相位量子比特和测量状态的最佳操作。特别地，预测具有较厚势垒的约瑟夫森结在相位量子比特的测量中产生更好的性能。对其它参数的比例也进行了研究和讨论。结果与文献报道的实验数据完全一致。
2010-03-17 cond-mat.supr-con
Topological Josephson Bifurcation Amplifier: Semiclassical theory
基于约瑟夫森结的放大器允许快速和非侵入性地读出超导量子比特。基于Majorana束缚态实现容错量子比特的进展，我们研究了Josephson分叉放大器的拓扑对应物。我们预测，拓扑约瑟夫森结的分岔动力学驱动在适当的参数制度，可作为一个额外的工具来检测出现的马约拉纳束缚态。
2021-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Resonantly phase-matched Josephson junction traveling wave parametric amplifier
本文提出了一种克服约瑟夫森结行波参量放大器相位失配的方法，以获得宽带高增益。使用“谐振相位匹配”，我们设计了一个紧凑的超导器件，包括一个传输线与亚波长谐振夹杂物，同时实现了20 dB的增益，3 GHz的瞬时带宽，和-98 dBm的饱和功率。这种放大器非常适合低温宽带微波测量，例如基于超导，半导体或纳米机械元件以及传统天文探测器的量子相干电路的多路复用读出。
2014-06-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson directional amplifier for quantum measurement of superconducting circuits
我们已经实现了一个微波量子限制放大器，它是定向的，因此可以在许多量子测量中不需要前置环行器的情况下工作。放大仅在输入和输出端口之间的一个方向上发生。通过多泵浦参量放大结合波干涉实现方向性。我们已经验证了器件的噪声性能，用它来读出超导量子比特和观察量子跳跃。有了这个设备的改进版本，量子比特和前置放大器可以集成在同一芯片上。
2013-11-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Resonant Readout of a Persistent Current Qubit
我们已经实现了一个谐振电路，使用SQUID作为磁通敏感约瑟夫森电感器的量子位读出。与传统的开关电流测量相比，当SQUID切换到电压状态时会产生不希望的准粒子，我们的方法在测量过程中保持读出SQUID沿超导支路偏置。通过将SQUID电感器并入高Q谐振电路中，我们可以通过观察幅度和相位谱的谐振频率的偏移来区分铌持续电流（PC）量子比特的两种通量状态。读出电路的特点是在非线性制度，以研究其潜在的使用作为一个非线性放大器。
2005-01-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Single-shot measurement of the Josephson charge qubit
我们演示了约瑟夫森电荷量子比特的量子态的单次读出。量子比特被转换为经典比特（电荷量子）并存储在动态存储单元中-超导岛。国家转型|1>（不同形式状态|0>由一个额外的库珀对）是一个可控的准粒子隧穿到岛的结果。然后，电荷由传统的单电子晶体管检测，与量子位静电解耦。我们研究了系统的弛豫动力学，并获得了87%和93%的读出效率，|1>和|0”，分别。
2004-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Andreev qubit readout from dynamic interference supercurrent
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Fuzhou University（福州大学）；Universidade de Sao Paulo（圣保罗大学）
通过动态干涉超流电流实现非破坏性安德罗夫量子比特读取，避免辅助量子比特并减少实验开销。
2025-12-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Non-degenerate, three-wave mixing with the Josephson ring modulator
约瑟夫森环形调制器（JRM）是一种基于约瑟夫森隧道结的器件，能够在微波区无损耗地执行非简并混频。通过求解耦合量子朗之万方程，计算了器件的一般散射矩阵。它的形式表明，该器件可以实现量子限制的噪声性能作为一个放大器和混频器。同时优化的性能指标，如增益，带宽和动态范围（包括泵耗尽的影响）的基本限制进行了讨论。我们还提出了三种可能的集成的JRM作为有源介质在不同的电磁环境。由此产生的电路，命名为约瑟夫森参量转换器（JPC），进行了详细讨论，并发现其动态范围的实验数据与理论预测吻合得很好。我们还讨论了未来的前景和必要的优化JPC作为一个量子位读出应用的计数器。
2012-08-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Readout strength dependence of state projection in superconducting qubit
我们已经通过使用约瑟夫森分叉放大器（JBA：交流驱动SQUID）控制量子比特读出过程的测量强度。最佳读出脉冲将叠加态改变为本征态。为了阐明足够强的测量如何导致投影现象，我们研究了JBA读出中的投影条件。我们发现，投影发生在可见度开始出现的脉冲高度以上。此外，随着读出强度的增加，即使可见性消失，投影也会继续发生。这一结果有助于我们理解JBA读出过程。
2010-05-17 cond-mat.supr-con
Quantum two-level systems in Josephson junctions as naturally formed qubits
自然存在于约瑟夫森结中的二能级系统是超导相位量子比特运行的主要障碍。由于这些TLS可以具有非常长的退相干时间，我们表明，这样的TLS本身可以被用作量子比特，允许一个良好的控制初始化，通用的量子门集，和读出。因此，单个电流偏置的约瑟夫森结（CBJJ）可以被视为多量子位寄存器。它可以耦合到其他CBJJ，以允许将量子门应用于系统中的任意一对量子位。我们的结果为实现超导量子信息处理提供了一种新的途径。
2006-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nondestructive readout for a superconducting flux qubit
我们提出了一种新的读出方法的超导磁通量子比特，基于测量的约瑟夫森电感的超导量子干涉装置，电感耦合到量子比特。本征通量检测效率和反作用适合于量子位的量子态的快速和非破坏性确定，如在量子计算机中读出多个量子位所需的。我们对通量量子比特进行了光谱分析，并测量了80 $μs$量级的弛豫时间。
2004-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Wideband Josephson Parametric Isolator
针对超导量子计算机中分立微波隔离器体积大的问题，提出基于DC-SQUID磁通调制的双端口集成隔离电路，利用三波混频实现非互易传输，在600 MHz带宽内方向性大于15 dB。
2023-06-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Single-sideband modulator for frequency domain multiplexing of superconducting qubit readout
我们介绍了一种与低温微波电路兼容的超导单边带调制器，并对其进行了实验表征，提出了将其用于超导量子比特读出的频域复用。构成该器件的单片单正交调制器由纯电抗元件（电容器和约瑟夫森结电感器）构成，不需要微波频率控制音。功率高达-85 dBm的4至8 GHz频带的微波信号在频率上被向上或向下转换多达120 MHz。对于选定的探头和调制频率，器件中的杂散谐波可抑制高达25 dB。
2017-05-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Circuit simulation of readout process toward large-scale superconducting quantum circuits
针对器件参数波动影响大规模超导量子电路保真度的问题，提出基于传统 SPICE 的经典电路仿真方法，可在普通笔记本上评估万量子比特电路性能。
2025-07-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Minimizing the discrimination time for quantum states of an artificial atom
超导人造原子量子态的快速鉴别是量子信息处理的重要组成部分。在电路量子电动力学中，增加与人造原子色散耦合的读出谐振器中的信号场幅度，提高了信噪比并增加了测量强度。在这里，我们采用这种效果超过两个数量级的读出功率，通过独特的二聚体约瑟夫森结阵列放大器与大的动态范围的组合成为可能，和我们的颗粒铝fluxonium人工原子的读出保持量子非破坏（QND）在相对较大的光子数在读出谐振器，高达$\overline{n} = 110$的事实。使用贝叶斯推断，这允许我们比读出谐振器响应时间$2/κ$更快地检测量子跳跃，其中$κ$是读出谐振器的带宽。
2020-11-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum noise in the Josephson charge qubit
我们利用单激发读出测量能量弛豫和退相，研究了约瑟夫森电荷量子比特的退相干。我们发现，主要的能量弛豫过程是一个自发发射诱导的量子噪声耦合到电荷的自由度。高频噪声的谱密度大致与量子位激发能成比例。
2004-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Frequency-Tunable Josephson Junction Resonator for Quantum Computing
我们制作并测量了一个谐振频率可调的高Q值约瑟夫森结谐振器。直流磁通量允许谐振频率改变超过10%。当平均少于一个光子存储在谐振器中时，与环境的弱耦合允许$\thicksim$ 7000的品质因数。在大光子数下，约瑟夫森结的非线性产生两个稳定的振荡态。该谐振腔可以作为研究单光子极限以下量子比特中约瑟夫森结质量的工具，也可以作为高光子数下的微波量子比特读出器。
2007-03-04 cond-mat.supr-con
Superconducting tunable flux qubit with direct readout scheme
我们描述了一个简单而有效的方案读出的可调通量量子比特，并提出了初步的实验测试的准备，操作和最终读出的量子比特状态，在非相干制度在液氦温度下进行。可调通量量子位通过在大超导回路中插入额外的约瑟夫森结的双SQUID来实现，并且通过向结施加电流斜坡并根据量子位状态记录存在电压响应的值来执行读出。初步工作表明了该方案的可行性和有效性。
2005-06-24 cond-mat.supr-con
Single-Shot Readout of Macroscopic Quantum Superposition State in a Superconducting Flux Qubit
利用三个约瑟夫森结嵌入超导环中的超导量子比特的两个最低能态进行了单次读出实验。我们通过电流偏置的dc-SQUID的开关电流Isw来测量量子比特状态，dc-SQUID是围绕量子比特回路的量子检测器。量子位信号在SQUID的小Isw区域中测量，通常小于100 nA，其中Isw分布特别窄。所获得的单次激发数据表明，通过量子比特持续电流产生的通量，量子比特状态被读出为能量本征态而不是电流本征态。
2004-07-12 cond-mat.supr-con
Josephson tunnel junctions with nonlinear damping for RSFQ-qubit circuit applications
我们证明了超导体-绝缘体-正常金属（S-I-N）结构对超导体-绝缘体-超导体约瑟夫森结的分流具有显著的非线性I-V特性，可以显著地改变约瑟夫森动力学。在约瑟夫森产生的制度中，相位表现为过阻尼坐标，而在超导状态下，阻尼和电流噪声非常小，这对于这种结用于读出和控制约瑟夫森量子比特的应用至关重要。制备了由Nb/AlO ${_x}$ /AuPd结分流的S-I-N型超导Nb/AlO ${_x}$ /Nb结，并与我们的模型一致，在温度低至1.4K时表现出非滞后的I-V特性。
2004-11-24 cond-mat.supr-con
Nonlinear resonant behavior of the dispersive readout scheme for a superconducting flux qubit
研究了一种由SQUID磁强计和并联电容组成的非线性谐振电路作为持续电流（PC）量子比特的读出方案。量子位的通量状态被检测为SQUID磁力计的约瑟夫森电感的变化，这反过来又介导读出电路的谐振频率的偏移。谐振行为中的非线性和所产生的滞后被表征为输入驱动和相关联的谐振峰值响应两者的功率的函数。基于唯象电路模型的数值模拟显示所观察到的非线性的功能。
2006-09-22 cond-mat.supr-con
Phase space topology of a switching current detector
本文从理论和数值模拟两方面研究了约瑟夫森结电路中从零电压到有限电压状态的动态转换过程。该理论模型描述了高频过阻尼的小电容约瑟夫森结，可用于量子比特电路量子态的检测。我们表明，读出的速度和保真度的相空间吸引子的拓扑结构的强烈影响。当选择电路参数时，读出将接近最佳，以避免具有分离两个吸引盆的不稳定的限制循环。
2006-02-06 cond-mat.supr-con
An RF-Driven Josephson Bifurcation Amplifier for Quantum Measurements
我们已经构建了一种新型的放大器，其主要目的是读出超导量子比特。它是基于一个射频驱动的约瑟夫森结之间的两个不同的振荡状态附近的动力学分岔点的过渡。这种新的放大器的主要优点是速度，高灵敏度，低反作用，并没有片上耗散。对纳米铝结的脉冲微波反射测量表明，实际器件达到了理论预测的性能。
2003-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
The Inductive Single-Electron Transistor (L-SET)
我们展示了一种基于超导单电子晶体管约瑟夫森电感的射频读出的电荷检测的灵敏方法。电荷灵敏度$1.4 \times 10^{-4}e/\sqrt{Hz}$，受限制的，是在一个操作模式，利用约瑟夫森电位的非线性。由于反应读出，我们的设置有两个以上的数量级低于现有的射频电测量方法的耗散。对于优化的样品，我们预期在相同的实验方案中，未耦合能量灵敏度低于$\hbar$。
2004-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Josephson coupling through a magnetic racetrack
Centro de Física de Materiales (CFM-MPC) Centro Mixto CSIC-UPV/EHU（材料与固体物理中心（CSIC-巴斯克国立大学混合中心））；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）
研究通过磁性赛车道连接的超导电极间约瑟夫森耦合，揭示超导性和磁畴壁相互作用导致的非平凡超流分布及磁畴壁位置和取向的强敏感性，展示通过调节磁畴壁位置可有效控制约瑟夫森临界电流。
2026-04-14 cond-mat.supr-con
The Josephson Bifurcation Amplifier for Quantum Measurements
我们已经构建了一种新型的放大器，其主要目的是读出超导量子比特。它是基于一个射频驱动的约瑟夫森结之间的两个不同的振荡状态附近的动力学分岔点的过渡。这种新的放大器的主要优点是速度，高灵敏度，低反作用，并没有片上耗散。利用脉冲微波技术，我们证明了在纳米制造铝结的分岔放大，并验证了理论预测的性能达到。
2005-07-11 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Calorimetric readout of a superconducting proximity-effect thermometer
用邻近效应温度计测量了超导体-正常金属-超导体（SNS）约瑟夫森结中与温度有关的临界超导电流。通常，从超导到正常状态的转变通过监测结两端的电压的出现来检测。我们描述了一种新的方法来检测过渡的基础上的电阻状态的温度增加，由于焦耳加热。我们的方法提高了灵敏度，特别适用于低于约300 mK的温度。
2009-01-08 cond-mat.supr-con
Superconducting phase qubit based on the Josephson oscillator with strong anharmonicity
在屏蔽参数为$β_L = (2π/Φ_0)LI_c \approx 1$的射频SQUID的基础上，提出了一种超导相位量子比特，并由半通量量子$Φ_e=Φ_0/2$偏置。由于余弦约瑟夫森势和抛物线磁能势的相互作用，可以在该系统中实现显著的非谐性（$> 30%$），该非谐性最终导致阱的四次多项式形状。这个全局最小值中的两个最低本征态完全适合于对电荷变量不敏感的量子位，偏置在最佳点，并允许有效的色散读出。此外，该量子位中的跃迁频率可以在允许可变量子位-量子位耦合的可观范围内调谐。
2009-08-27 cond-mat.supr-con
Engineering Andreev Bound States for Thermal Sensing in Proximity Josephson Junctions
本文通过栅极可调石墨烯约瑟夫森结系统工程化安德烈耶夫束缚态，揭示邻近诱导超导能隙对热灵敏度的关键作用，并在钛基器件中实现0.6 K⁻¹的最大热灵敏度，为优化热传感器提供了通用框架。
2025-03-10 cond-mat.supr-con
Detector Array Readout with Traveling Wave Amplifiers
大带宽上量子极限的噪声是未来毫开尔文温度下应用的基本要求，如中微子质量测量，下一代X射线天文台，CMB测量，暗物质和轴子检测，以及超导量子比特的快速高保真读出。微热计探测器、共振轴子探测器和量子比特阵列的读出灵敏度目前受到低温放大器的噪声温度和带宽的限制。DARTWARS（采用行波放大器RS的探测器阵列读出）项目的目标是开发高性能的创新型行波参量放大器（TWPA），该放大器具有高增益、高饱和功率和量子限制或接近量子限制的噪声。实际的发展遵循两种不同的有前途的方法，一种是基于约瑟夫森结，另一种是基于高电阻率超导体的动力学电感。在这篇文章中，我们提出了该项目的目标，采用的设计方案和模拟和测量的初步结果。
2021-11-02 cond-mat.supr-con quant-ph
Non-degenerate parametric amplifiers based on dispersion engineered Josephson junction arrays
本文提出一种基于色散工程约瑟夫森结阵列的非简并参量放大器，利用含10^3个JJ的长阵列在低于10 GHz的多个本征模实现放大，并借助SQUID结实现磁通可调，以90%保真度演示了transmon量子比特量子跃迁的连续检测。
2023-10-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Evidence for unexpectedly low quasiparticle generation rates across Josephson junctions of driven superconducting qubits
本研究通过强驱动SCQs发现约瑟夫森结中QPG速率异常低，挑战了传统模型对QPG机制的理解。
2025-12-17 cond-mat.supr-con quant-ph
Direct microwave spectroscopy of Andreev bound states in planar Ge Josephson junctions
本文通过微波谱学测量平面锗约瑟夫森结中的安德烈夫束缚态，验证了短结与长结模型，并观测到门电压可调的宇称涨落，为基于平面锗的混合量子器件提供了可行路径。
2024-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ultrasensitive Proximity Josephson Sensor with Kinetic Inductance Read-Out
提出了一种基于长超导体-正常金属-超导体约瑟夫森结的介观动态电感辐射探测器。这种接近约瑟夫森传感器（PJS）的操作依赖于大的动力学电感的变化，由于辐射下的指数温度依赖性的临界电流。如果作为量热计工作，PJS与dc SQUID读数相结合，则能够在THz范围内提供高达~10^3的信噪比（S/N），而在200 mK下，可以实现低至~ 7 × 10 ^{-20} W（Hz）^（-1/2）的电噪声等效功率（NEP）。高性能加上易于制造使得这种结构作为THz电磁辐射的超灵敏低温探测器具有吸引力。
2008-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
DC-SQUID Sensitivity for Readout of Entangled State Quantum Bits
提出了一种利用超导量子干涉仪（DC-SQUID）的灵敏度测量方法，在通量量子比特（quantum bits）上测量纠缠态的方案。DC-SQUID被用作通量量子比特读出设备。DC-SQUID的开关电流分布足够窄以区分三个约瑟夫森结量子位的两个基态，其中量子位与DC-SQUID之间具有大的互感。但是，在两个基态之间的区分变得困难，因为对于量子比特相干性而言，互感更小。然而，我们可以采用平均来增加有效灵敏度。我们还发现，可以用通量量子比特进行Bell对测量，从而证明两个量子比特上纠缠态的存在。
2001-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fluxon readout of a superconducting qubit
在过去的十年中，使用超导电路的量子计算经历了快速的发展。这个领域已经从单个两级系统的量子操纵推进到使用多个耦合量子位的复杂设计，允许一个人执行简单的量子算法。在通往实用量子计算机的道路上，出现了对经典电路和量子电路之间可扩展接口的需求。低温超导单通量量子（SFQ）逻辑采用约瑟夫森传输线（JTL）中的磁通子作为经典计算的基本位。在这里，我们报告的实验实现SFQ电子和超导量子比特之间的直接联系。我们演示了通过在JTL中振荡的单个通量子的频率偏移来读出通量量子比特的状态。使用这种技术测量通量量子比特的能谱。所展示的方法可能为未来固态量子计算机与数字SFQ电子器件的全面集成开辟道路。
2014-04-10 cond-mat.supr-con
The Josephson junction as a quantum engine
该研究将约瑟夫森结视为量子引擎，通过建立弱耦合下的马尔可夫主方程描述其动力学特征，揭示自振荡与单色辐射的关联，解决相关开放问题并开辟新研究方向。
2023-11-06 cond-mat.supr-con nlin.CD quant-ph
Cascade switching current detectors based on arrays of Josephson junctions
本研究提出基于约瑟夫森结阵列的新型级联放大超导探测器，通过结间互耦合实现雪崩式开关及电压放大，两种原型（低Tc线性阵列、高Tc堆叠结）展现良好微波天线效应，有望制成灵敏度超10^13 V/W的宽带太赫兹传感器。
2025-01-30 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Lifetime renormalization of driven weakly anharmonic superconducting qubits: II. The readout problem
最近在超导量子比特系统中的实验已经显示出量子比特弛豫速率对读出驱动功率的意外的强依赖性。这种现象限制了最大测量强度，从而限制了可实现的读出速度和保真度。我们在这里解决这个问题，并提供了一个合理的机制弛豫率的驱动功率依赖。为此，我们通过第一部分中介绍的幺正变换技术引入了量子比特非谐性和驱动振幅的双参数微扰展开。这种方法自然地揭示了约瑟夫森势中的数量非守恒项作为一种基本机制，通过这种机制，施加的微波驱动可以激活额外的弛豫机制。我们提出了我们的结果在一个有效的主方程重整化状态和驱动依赖的过渡频率和弛豫速率。从这个有效的主方程的数值结果的比较，从Lindblad主方程，其中只包括数量守恒项（即克尔相互作用）的数值结果表明，数量非守恒项可以导致显着的驱动功率依赖的弛豫速率。这里介绍的系统展开技术是普遍适用于获得有效的主方程的驱动耗散量子系统，包含弱非线性自由度。
2019-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
