Noise-induced quantum coherence and persistent Rabi oscillations in a Josephson flux qubit
我们从理论上证明了噪声对超导磁通量子比特中量子相干性的增强作用。首先，外部经典噪声可以增加量子比特密度矩阵的非对角分量。第二，在存在噪声的情况下，拉比振荡存活的时间明显长于无噪声系统中的拉比衰减时间。这些拉比振荡表现为量子位对交流驱动场的强制响应的调制。这些效应可以被认为是量子随机共振的表现，并且与实验技术有关，例如拉比光谱。
2009-09-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Period tripling due to Josephson parametric down-conversion beyond the rotating-wave approximation
参数驱动振荡器可以响应于三倍于谐振频率的驱动而显示三倍周期。与倍周期的参量不稳定性相反，三倍跃迁的静止态对应的对称不动点在任意强驱动下保持稳定。以前，它已被证明，波动可以绕过这一点，并诱导周期三倍不稳定性。在这篇文章中，我们探索了一种替代的方式诱导三倍周期的过渡，通过研究由于参数下转换超越光波近似的三倍周期的属性。我们发现，尽管没有一个不稳定的阈值，非共振频率的贡献，可以通过激活参数下转换诱导三倍周期的过渡。此外，我们研究了约瑟夫森势的后续周期三重态，并讨论了顺时针和逆时针旋转的固定点之间的不对称性，只会出现超越超声波近似。
2022-04-26 cond-mat.mes-hall
Effects of external driving on the coherence time of a Josephson junction qubit in a bath of two level fluctuators
我们研究了外部驱动对二能级系统（TLS）的影响，认为这是增加固态约瑟夫森结量子比特相干时间的主要障碍。我们发现，通过使用布洛赫-雷德菲尔德的方法，外部驱动TLS有两个主要的影响。首先是TLS的两个状态之间的波动增加，与热波动相比，这种效应的重要性取决于TLS与温度相比的能量分裂。第二个效应是在低频率处噪声谱的强度降低，并且同时在TLS的重整化拉比频率（驱动频率）周围以及在这两个频率之间的跳动处的强度增加。最后，我们研究了一个典型的分布的TLS已知的起源$\propto 1/f$噪声的合奏平均噪声谱。我们发现，强驱动导致在低频率下的噪声降低，因此增加了量子位的失相时间$T_2^Q$。然而，当驱动频率与温度相比很大时，这种效应会被指数抑制，正如我们通常对约瑟夫森量子比特所发现的那样。我们建议可以使用远低于量子比特频率的外部驱动来增强量子比特的相干时间。
2011-09-30 cond-mat.mes-hall
From Shapiro steps to photon-assisted tunneling in microwave-driven atomic-scale Josephson junctions with a single (magnetic) adatom
本文研究微波驱动的原子尺度 Josephson 结，揭示普通 Pb-Pb 结的 Shapiro 相干台阶及磁性吸附原子诱导的光子辅助准粒子隧穿导致的非相干转变。
2025-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ultralong-distance quantum correlations in three-terminal Josephson junctions
铁磁-超导-铁磁或正常金属-超导-正常金属三端结构中纠缠电子对的产生在过去的二十年里引起了人们极大的兴趣。在这些研究中，接触之间的距离受到零能超导相干长度的限制。在这里，我们证明了电压偏置的三端约瑟夫森结在超长的距离，超过超导相干长度的数量级的非局域性和量子相关性。这种效应依赖于时间周期性Floquet-Josephson动力学、库珀对分裂和长程耦合之间的相互作用，类似于双端Tomasch效应。我们发现“Floquet-Andreev四重奏”（如果空间间隔小于超导相干长度）和"超长距离Floquet-Tomasch库珀对簇“（如果间隔超过超导相干长度）之间存在交叉，可能达到与Tomasch实验相同的$\simeq 30\,μ$ m。这种效应可以用直流输运和零频量子电流噪声互相关实验来检测，它可以用于量子工程电路中超导准粒子量子相干性的基础研究。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Enhanced coherence in superconducting circuits via band engineering
在被约瑟夫森结中断的超导电路中，能谱对不同岛上的偏移电荷的依赖性通过阿哈罗诺夫-卡希尔效应是$2e$周期性的，并且类似于反映约瑟夫森势对称性的晶体能带结构。我们表明，高次谐波约瑟夫森元件描述的$\cos(2φ)$能量-相位关系提供了更大的自由度来定制的约瑟夫森势的形状和设计具有多重峰的平带和狄拉克点在电荷布里渊区的频谱。平坦能带提供噪声不敏感的量子态，并且能带工程可以帮助提高系统的相干性。我们讨论了一个修改后的版本的磁通量子比特，实现原则上没有从电荷噪声退相干，并介绍了一个磁通量子，显示自旋一狄拉克频谱，同时引用强大的电荷和磁通噪声。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nambu-Goldstone modes and the Josephson supercurrent in the bilayer quantum Hall system
在填充因子为$ν=1$的双层量子霍尔系统中，层间相位相干性自发产生。另一方面，自旋和赝自旋自由度在填充因子为$ν=2$的双层量子霍尔系统的倾斜反铁磁相中相干纠缠。对于这两种情况，都出现了复杂的南武-戈德斯通模式，在零隧道相互作用极限下具有线性色散。然后，它的相场在每一层中激发约瑟夫森超导电流，这就像超导体一样是无耗散的。利用Grassmannian形式，研究了在$ν=1,2$下双层量子霍尔系统中，Nambu-Goldstone模与Josephson超电流的相位相干性及其对霍尔电阻的影响.
2013-04-01 cond-mat.mes-hall
Momentum-Space AC Josephson Effect and Intervalley Coherence in Multilayer Graphene
本文提出多层石墨烯谷间相干态在静态磁场下会产生动量空间中的AC约瑟夫森效应，表现为振荡谷间电流和可探测的AC霍尔效应，并计算了菱方三层石墨烯中约12 GHz的轨道磁化振荡频率。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Demonstration of an ac Josephson junction laser
超导电子器件由于其快速的运算速度、低损耗和长的相干时间而重新成为经典计算和量子计算的竞争者。相干性的一个终极证明是激光发射。我们利用超导的一个基本方面，交流约瑟夫森效应，演示了从约瑟夫森结强耦合到多模超导腔的激光器。结的直流电压偏置提供了微波光子的来源，而电路的非线性允许将高阶约瑟夫森频率有效地下变频到腔的基模。简单的制造和操作允许与一系列量子器件轻松集成，允许在低温下有效地在芯片上生成相干微波光子。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Crystalline Germanium Josephson Junctions
Center for Quantum Information Physics, New York University（纽约大学量子信息物理中心）；Department of Materials Science and Engineering, The Ohio State University（俄亥俄州立大学材料科学与工程系）
本研究基于镓掺杂锗的超导性，采用完全外延法制备了晶态IV族约瑟夫森结，其具备原子级尖锐界面等优势，为低无序、CMOS兼容的超导量子比特提供了新方案。
2026-08-17 cond-mat.mes-hall
Interplay between Josephson and Aharonov-Bohm effects in Andreev interferometers
在多端电压驱动的混合正常超导纳米结构中，电子的邻近感生量子相干性可能导致拓扑相关的约瑟夫森效应和Aharonov-Bohm效应之间的非平凡相互作用.我们阐明的电压依赖性约瑟夫森电流的刺激之间的权衡，由于非平衡效应和量子失相的准粒子引起的约瑟夫森和Aharonov-Bohm电流减少。我们还预测相移量子相干振荡的感应静电势作为外部施加的磁通量的函数。我们的研究结果可用于工程超导纳米电路与控制量子特性。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall
Long-range Phase Coherence and Tunable Second Order $ϕ_0$-Josephson Effect in a Dirac Semimetal $1T-PtTe_2$
本研究在II型狄拉克半金属$1T-PtTe_2$中发现由螺旋自旋-动量锁定诱导的大本征约瑟夫森二极管效应，提出可通过磁场调谐谐波相位的二阶$ϕ_0$-结，为研究约瑟夫森二极管效应及高阶超流输运提供理想平台。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Optimizing Anharmonicity in Nanoscale Weak Link Josephson Junction Oscillators
约瑟夫森隧道结作为非线性元件广泛应用于低噪声放大器、量子比特等超导电路中。然而，氧化物隧道势垒中的微观缺陷可产生低频和高频噪声，这可潜在地限制谐振电路的相干时间和品质因数。弱连接约瑟夫森结是一个有吸引力的替代品，提供了足够的非线性可以设计。我们计算超导弱链接的电流相位关系，与零温度相干长度的尺寸相媲美，连接到二维和三维超导电极。我们的研究结果表明，50-100 nm长的铝纳米桥连接的三维银行可以用来构建非线性振荡器的分叉放大。我们还表明，在静态电流偏置下，这些振荡器具有足够的非谐能级结构，以形成量子比特。这样的弱连接结为实现灵敏的量子线路提供了一条实用的新途径。
2009-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Constructing Clock-Transition-Based Two-Qubit Gates from Dimers of Molecular Nanomagnets
一个好的量子位必须有足够长的相干时间来执行门操作。避免的电平交叉允许时钟转换，其中通过转换对外部场中的波动的不敏感性来增强相干性。由于这种不敏感性，如何在保持时钟转换行为的同时有效地将量子位耦合在一起并不明显。在这里，我们提出了一个使用两个耦合分子纳米磁体的异二聚体的方案，每个都具有在零磁场的时钟跃迁，其中实现一个和两个量子位门所需的所有门操作可以用脉冲射频辐射来实现。我们表明，在二聚体中的纳米磁体之间的现实的耦合强度，可以实现良好的栅极结晶度（$\sim$ 99.4\%）。我们确定的主要来源的错误，在实施门，并讨论如何可以减轻这些，并调查这样的系统是一个可行的平台，实现量子计算协议所需的相干时间的范围。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Demonstration of electron-nuclear decoupling at a spin clock transition
设计与环境噪声源解耦的量子系统的能力对于开发具有最佳相干性的量子技术是非常期望的。磁性分子中电子态的化学可调性与先进的电子自旋共振技术相结合，为解决这一问题提供了极好的机会。事实上，所谓的时钟跃迁（CT）已被证明可以保护分子自旋量子比特免受磁噪声的影响，从而显著增强相干性。在这里，我们进行了光谱和计算的调查，这种物理学，专注于核浴的作用。远离CT，与核自由度的线性耦合引起电子相干性的调制和衰减，如通过实验产生的电子自旋回波信号和$\textit{in silico}$量化的。同时，有效的超精细相互作用消失在CT，导致电子-核去耦和量子信息泄漏到核浴的情况下，提供了机会来表征其他退相干源。
2022-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge and current fluctuations in a superconducting single electron transistor near a Cooper pair resonance
我们分析了电荷隧穿统计和电流噪声在超导单电子晶体管的约瑟夫森准粒子循环的制度是占主导地位的运输机制。由于库仑阻塞和约瑟夫森相干性之间的相互作用，隧穿事件的概率分布强烈偏离泊松分布，并显示出明显的奇偶不对称的传输电荷的数量。充电和相干性之间的相互作用也反映在零频率电流噪声，这是显着淬火时，准粒子隧穿率是可比的相干库珀对振荡频率。此外，有限的频谱显示了一个强烈的增强附近的共振跃迁频率约瑟夫森隧道。
2002-08-16 cond-mat.mes-hall
AC Josephson current and supercurrent noise through one-dimensional correlated electron systems
本文研究了一维Tomonaga-Luttinger液体（TLL）与超导电极电连接时的交流约瑟夫森效应。结果表明，TLL中由电子-电子排斥作用引起的密度涨落抑制了约瑟夫森振荡，但不影响与时间无关的电流部分。我们还表明，波动减少超导噪声所造成的多次Andreev反射。这表明TLL中的量子涨落干扰了超导相位相干在结中的传播。
2007-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Generating two continuous entangled microwave beams using a dc-biased Josephson junction
我们的实验表明，直流偏置的约瑟夫森结与两个微波谐振器串联发射纠缠束的微波泄漏出的谐振器。在没有一个固定的相位参考表征的纠缠的出射光束，我们测量二阶相干函数证明纠缠高达每秒25亿光子对的发射速率。实验结果与理论定量吻合，证明了直流偏置的低频噪声是限制纠缠光束相干时间的主要因素。这一协议使我们能够评估谐振器的纠缠熵，并确定可以使该设备更接近量子技术应用的纠缠微波的有用明亮源的改进。
2020-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Josephson Junction Field-effect Transistors for Boolean Logic Cryogenic Applications
约瑟夫森结场效应晶体管（JJ-FET）与金属氧化物半导体场效应晶体管共享设计相似性，除了源极/漏极接触由超导体代替。类似地，由于邻近效应而产生的超电流可以通过栅极电压来调节。在这项研究中，我们研究的可行性JJ-FET为基础的布尔逻辑和存储元件的低温计算，在新材料和制造技术的最新进展。使用二维弹道输运JJ-FET模型，我们实现了JJ-FET逻辑门的电路级模拟，并讨论了实现信号恢复的标准，以及扇出。我们表明，结型场效应晶体管是一个很有前途的候选人非常低功耗，时钟电压电平动态逻辑在低温温度。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Unveiling the limits in the coherence of spin qubits against magnetic noise
基于自旋的逻辑门的实现关键取决于磁耦合自旋量子比特。因此，当自旋量子位非常接近时，理解退相干将成为一个需要克服的障碍。在这里，我们提供了一个通用的第一原理模型，直接评估自旋浴对量子位相位记忆时间$T_m$的影响。该方法被施加到地面自旋$J=8$磁性分子1显示原子钟跃迁，显着增加$T_m$在异常高的自旋浓度。除了再现实验$T_m$值计算最近的模型在简单的自旋1/2系统，我们的方法揭示了限制的原因，在更具有挑战性的系统，如1，在这些以前的模型失败的时钟转换。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Josephson qubit suitable for scalable quantum integrated circuits
我们展示了一个平面的，可调谐的超导量子比特的能量弛豫时间高达44微秒。这是通过使用设计为最小化辐射损失并减少与材料相关缺陷的耦合的几何结构来实现的。在这些水平的相干性，我们发现一个精细结构的量子比特能量寿命作为频率的函数，表明存在稀疏人口的不相干，弱耦合的两级缺陷。这是支持的模型分析以及实验的几何变化。我们的“Xmon”量子比特结合了简单的制造，简单的连接，快速的控制和长时间的一致性，为构建基于芯片的量子计算机开辟了一条可行的道路。
2013-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Evolution of Nanowire Transmons and Their Quantum Coherence in Magnetic Field
本文对纳米线在零磁场和面内磁场作用下的传输特性进行了实验研究。利用纳米线提供的约瑟夫森非线性，我们的量子比特在比标准transmons更高的磁场下工作。纳米线传输子表现出高达70 mT的相干性，其中纳米线中的感应超导能隙关闭。我们证明，在芯片上的电荷噪声耦合到约瑟夫森能量中起着主导作用的量子位退相。这采取了强耦合两电平系统在100 ms时间尺度上切换的形式，并且更弱耦合的背景产生$1/f$噪声。一些观察结果，包括量子位能量弛豫和退相的场依赖性，还没有完全理解，需要进一步的实验研究和理论。使用具有更薄超导壳的纳米线将使这些电路的操作高达0.5 T，这是与拓扑量子计算相关的制度。
2017-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Geometric dependence of critical current magnitude and nonreciprocity in planar Josephson junctions
New York University（纽约大学）
研究了平面约瑟夫森结中临界电流幅度和非互易性的几何依赖性，通过改变接触宽度和栅极电压，揭示了临界电流与相干长度的关系以及二极管效率的磁场依赖性。
2025-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of master clock stability in scalable quantum information processing
寻求提高量子比特相干寿命的实验学家通常专注于通过例如改进量子比特设计和材料以及系统与环境扰动的隔离来减轻退相干机制。然而，在量子叠加中的相位自由度的情况下，必须保持的相干性不仅仅是量子比特内部的相干性，而是必须包括量子比特相对于管理其控制系统的“主时钟”（例如本地振荡器）的相干性。在这篇手稿中，我们阐明了主时钟中的不稳定性对量子比特相位相干性的影响，并提供了计算这些过程对量子比特误差的贡献的工具。我们首先将标准振荡器相位噪声度量与其相应的量子位退相谱密度相连接。然后，我们使用有代表性的实验室级和性能级振荡器规格来计算操作保真度边界上的捕获离子和超导量子比特相对较慢和较快的操作时间。我们讨论了这些界限在当代实验和未来的大规模量子信息系统的量子纠错的相关性，并讨论了潜在的手段，以提高主时钟的稳定性。
2016-08-15 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Josephson-Junction Qubits and the Readout Process by Single-Electron Transistors
已经提出了几种量子比特的物理实现。其中，纳米电子器件似乎最适合大规模集成和潜在的应用。我们建议使用低电容约瑟夫森结，利用超导状态下隧穿的相干性，结合通过库仑阻塞效应控制单个电荷的可能性（cond-mat/9706016，cond-mat/9808067）。这些系统构成量子比特，逻辑状态相差一个库珀对电荷。通过施加一系列栅极电压，可以执行单比特和两位操作。相位相干时间足够长以允许一系列这些步骤。除了操纵量子位之外，还必须读出所得到的量子态。这可以通过将单电子晶体管电容器耦合到量子位来实现（cond-mat/9801125）。为了描述这个量子测量过程，我们研究了耦合系统的密度矩阵随时间的演化。只有当传输电压打开时，晶体管才会破坏量子位的相位相干性;在这种情况下，在很短的时间内。当信号分辨出不同的量子态时，在较长的时间尺度之后完成测量。在更长的时间里，测量过程本身破坏了关于初始状态的信息。我们提出了一套合适的系统参数，这可以通过当今的技术来实现。
1999-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological Josephson vortices at finite voltage bias
本文研究有限电压偏置下拓扑约瑟夫森结中涡旋晶格的CdGM态，发现电压驱动涡旋稳态运动并压缩CdGM谱，超过临界击穿电压后态坍缩到零能量且急剧局域化，同时有限偏置改变跃迁选择定则，稳态下时间平均电流消失，揭示了涡旋动力学与量子相干性的新颖相互作用。
2025-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Plasmon decay and non-equilibrium steady states in Josephson junction chains
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；James Franck Institute（詹姆斯·弗兰克研究所）；Department of Physics, University of Chicago（芝加哥大学物理系）
研究约瑟夫森结链中多模式相互作用对内部相干性的影响，揭示非平衡状态下稳态特性的转变。
2026-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Enhancing Coherence with a Clock Transition and Dynamical Decoupling in the Cr$_7$Mn Molecular Nanomagnet
Amherst College（阿默斯特学院）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Brown University（布朗大学）；Hamilton College（汉密尔顿学院）；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Hawai‘i at Mānoa（夏威夷大学马诺阿分校）
通过钟跃过渡和动态去耦技术，研究Cr$_7$Mn分子纳米磁体的相干时间增强，揭示了分子内部的退相干机制。
2025-07-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
