Experimental realization of a $\cos(2φ)$ transmon qubit
Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, ENS-PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité, Centre Automatique et Systèmes, Mines Paris, Université PSL, Inria（巴黎高等师范学院物理实验室，ENS-PSL，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学，自动化与系统中心，巴黎矿业学院，PSL大学，法国国家信息与自动化研究所）；Google Quantum AI（谷歌量子人工智能）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Energies, Sorbonne Université and CNRS UMR 7589（理论与高能物理实验室，索邦大学与法国国家科学研究中心联合研究单位7589）
该研究通过实验实现了一个利用电荷-奇偶性对称性的$\cos(2φ)$量子比特，展示了低频量子比特的相干控制和单次读取能力，并发现电荷保护由100倍的岛电荷矩阵元抑制，但1/f磁通噪声限制了相干时间。
2026-03-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Towards novel tunability schemes for hybrid ferromagnetic transmon qubits
针对超导量子处理器中传统磁通调控线路热耗散高、退相干强的可扩展性瓶颈，提出将SIsFS JJs集成到新型ferrotransmon量子比特中，并重点研究了面内磁场超导调控线路的设计、仿真与初步表征，为量子比特频率调控提供低耗散新方案。
2024-12-09 cond-mat.supr-con quant-ph
A hybrid ferromagnetic transmon qubit: circuit design, feasibility and detection protocols for magnetic fluctuations
我们提出利用现有的隧道铁磁约瑟夫森结来实现混合超导量子比特。我们发现，铁磁势垒的特性滞后行为提供了一个替代的和固有的数字调谐的量子比特频率通过磁场脉冲。为了说明该设备的功能和局限性，我们讨论了耦合到一个读出谐振器和磁波动的影响。设想使用量子位作为噪声检测器及其相关性来研究磁性和超导性的微妙相互作用的可能性。
2022-06-01 cond-mat.supr-con quant-ph
Flux-tunable transmon incorporating a van der Waals superconductor via an Al/AlO$_x$/4Hb-TaS$_2$ Josephson junction
Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Helen Diller Quantum Center (Technion)（海伦·迪勒量子中心（Technion））
本研究提出了一种基于Al/AlO$_x$/4Hb-TaS$_2$约瑟夫森结的可调磁通分量transmon，实现了超导体与亚能隙激发的微波探测，并揭示了混合系统的非平凡物理特性。
2026-01-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Phase dynamics of tunnel Al-based ferromagnetic Josephson junctions
本文研究了铝基铁磁隧道约瑟夫森结的相位动力学，证明其相位扩散过程且铁磁势垒无显著不利影响，支持将其用于超导量子比特架构。
2024-06-05 cond-mat.supr-con
Observation of Josephson Harmonics in Tunnel Junctions
本研究观测到隧道结中的约瑟夫森谐波，表明标准电流-相位关系不准确，通过介观模型纳入谐波后能谱吻合度提升数量级，并证明工程化谐波可降低transmon量子比特的电荷色散误差。
2024-11-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Bloch oscillations in a transmon embedded in a resonant electromagnetic environment
研究嵌入高阻抗离散光子谱传输线的transmon型量子比特中的布洛赫振荡，发现伏安共振、光子发射谱共振及类反斯托克斯非弹性散射过程，为多频段实验观测提供依据。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electronically-controlled one- and two-qubit gates for transmon quasicharge qubits
University of Queensland（昆士兰大学）；University of Sydney（悉尼大学）；Concordia University（康考迪亚大学）
本研究提出利用拓扑超导体形成的隧道结实现单量子比特和双量子比特门，通过动态4π周期约瑟夫森效应，展示了一种基于最小Kitaev链量子点结的准电荷量子比特门实现策略。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Decoherence of superconducting qubits caused by quasiparticle tunneling
在超导量子比特中，量子比特自由度与准粒子的相互作用定义了量子比特相干性的基本限制。本文发展了准粒子隧穿约瑟夫森结引起的纯退相率Γ_∞和结中Andreev态占据变化引起的非均匀展宽的理论。为了估计Γ_π，我们推导了量子比特动力学的主方程。自由准粒子在接近超导能隙的能量处具有大的态密度，从而提高了它们的隧穿率。然而，我们发现，与当前大多数量子比特设计（相位和通量量子比特，transmon，fluxonium）中由外在因素决定的速率相比，Γ_p很小。其中单个结被SQUID环取代的分裂transmon代表了可以使测量Γ_π成为可能的例外。量子比特频率的波动导致非均匀加宽，这可能是由与相位偏置约瑟夫森结相关的Andreev态的占据数的波动引起的。这种机制可以在具有小面积结的量子位中揭示，因为它引起的频率的最小相对变化是结中传输通道的倒数。
2012-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Transmon qubit using Sn as a junction superconductor
该研究使用InAs纳米线和β-Sn超导壳实现transmon量子比特，通过栅极调谐频率达3 GHz，获得T1=27微秒和T2=1.8微秒，并探讨了提升相干时间的途径。
2025-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Phase dynamics and dissipation in tunnel ferromagnetic Josephson junctions
University of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；QuantWare；Leibniz Institute for Solid State and Materials Research（莱布尼兹固体与材料研究所）
研究隧道铁磁约瑟夫森结的相动力学与耗散特性，通过比较不同电极材料和铁磁中间层的电动态特性，揭示其在微米到亚微米尺度下的行为，发现亚微米铝基设备的电动态特性与最先进的transmon量子比特相当，并显示出量子相扩散的特征。
2026-10-09 cond-mat.supr-con
Quantum phase slips in a resonant Josephson junction
本文研究共振约瑟夫森结中库珀对隧穿对量子相位滑移的影响，发现朗道-齐纳效应抑制$2π$滑移，使$4π$滑移主导，并在transmon电路中观察到残余电荷色散。
2023-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Readout failures in superconducting qubits due to TLS-defects in tunnel junctions
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本研究针对transmon量子比特隧道势垒中的强耦合TLS，采用多光子光谱学与TLS应变调谐技术，发现其与读出腔的强共振耦合会引发频率偏移破坏读出信号，揭示了材料缺陷阻碍固态量子处理器实现的新机制。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quasiparticle tunneling as a probe of Josephson junction barrier and capacitor material in superconducting qubits
非平衡准粒子是超导量子比特中退相干的可能来源，因为它们可以在穿过约瑟夫森结（JJ）时导致能量衰减或失相。在这里，我们研究的准粒子隧穿（QPT）的二维transmon量子比特的内在属性的影响，并讨论我们如何可以使用准粒子动力学获得的JJ势垒的质量的关键信息。我们发现非平衡准粒子的隧穿率对分流电容材料的选择和它们在量子比特中的几何形状是敏感的。在某些设备中，我们观察到的QPT率低于100 mK，偏离一个恒定的背景与非平衡准粒子的异常温度依赖性。我们推测，这种行为是由高传输站点/缺陷内的氧化物势垒的JJ的，导致空间局部化的亚带隙状态。我们通过假设这种缺陷产生具有较小有效间隙的区域来对此进行建模。我们的研究结果提出了一个独特的原位表征工具，以评估量子位结中隧道势垒的均匀性，并阐明准粒子如何与量子位电路的各种元素相互作用。
2022-02-04 cond-mat.supr-con quant-ph
Dielectric losses in multi-layer Josephson junction qubits
我们已经测量了约瑟夫森结相和transmon量子位的激发态寿命，所有这些都是用相同的可扩展的多层工艺制造的。我们比较了去除隔离电介质SiNx之前和之后的相位量子比特的寿命，发现去除后的弛豫时间提高了四倍。连同来自transmon量子比特和共面波导谐振器的测量结果，这些测量表明寿命受到量子比特的介电成分的损耗的限制。我们已经提取了从隧道结势垒，AlOx，隔离电介质，SiNx，和衬底，Si/SiO2，通过加权的总损耗与部分的电场在不同的电介质材料的总损耗的贡献。我们的结果很好地吻合，并补充了其他研究的结果，表明超导量子比特可以用作介电材料高频表征的可靠工具。最后，我们讨论了设计和材料选择的变化如何将量子比特的寿命提高到四倍。
2013-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Alternating Bias Assisted Annealing of Amorphous Oxide Tunnel Junctions
本研究提出交替偏置辅助退火技术，可调控非晶氧化铝隧道结的电学特性，提升电阻并降低损耗与缺陷，适用于多种电子器件。
2024-08-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Low barrier ZrO$_x$-based Josephson junctions
Cornell University（康奈尔大学）
本文提出用ZrO$_x$替代AlO$_x$作为Nb基约瑟夫森结的隧道势垒，开发了可扩展的减材制造工艺，实验证实其具有低势垒高度、化学突变界面及兆欧级亚能隙电阻，有望用于融合元件transmon。
2025-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The superconducting quasicharge qubit
约瑟夫森结的非耗散非线性将宏观超导电路转换为人造原子，从而实现了当今一些最佳控制的量子比特（qubit）。已知三种基本类型的超导量子比特，每种都反映了库珀对凝聚体中量子涨落的不同行为：单电荷隧道（电荷量子比特），单通量隧道（通量量子比特）和相位振荡（相位量子比特）。然而，电荷和通量的双重性质表明，电路原子必须成对出现。在这里，我们介绍了失踪的一个，命名为“blochalcohol”。它利用了一个单一的约瑟夫森结的相干绝缘响应出现的相位波动超出$2π$ -间隔的扩展。这种效应的证据被发现在一个不平衡的直流传输通过连接到高阻抗导线的交界处，虽然一个完整的共识是缺席的日期。我们将一个具有极高电感值的弱结（这是我们实验背后的关键技术创新）分流，并测量作为通过所得回路的外部磁通量的函数的射频激励频谱。结的绝缘特性表现为基态和第一激发态之间的量子比特跃迁的磁通灵敏度消失，但在向更高能量态的跃迁中迅速恢复。的频谱同意的二元映射bloche到transmon，它取代了外部磁通的偏移电荷，并引入了一个新的集体准电荷变量的超导相的地方。我们的研究结果开启了超高阻抗电路中宏观量子动力学的一个未知领域的大门，这可能会应用于直流的量子计算和量子精密测量。
2021-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Simplified Josephson-junction fabrication process for reproducibly high-performance superconducting qubits
我们介绍了一种简化的约瑟夫森结的制造技术，并展示了超导Xmon量子比特与$T_1$弛豫时间平均超过50 $~μ$ s（$Q>$ 1.5 $\times$ 10 $^6$）。目前用于铝基约瑟夫森结的阴影蒸发技术需要单独的光刻步骤来沉积贴片，该贴片在结电极和电路布线层之间形成电流超导连接。贴片连接消除了寄生结，否则寄生结会显著增加介电损耗。在我们的贴片集成交叉型（PICT）结技术中，我们使用一个光刻步骤和一个真空循环来蒸发结电极和贴片。在超过3600个结的研究中，我们显示了一个平均电阻变化为3.7 $\%$的晶圆上，包含40个0.5 $\times$ 0.5厘米$^2$芯片，与结面积范围在0.01和0.16 $μ$米$^2$。平均片上电阻分布为2.7 $\%$，20个芯片的电阻分布在1.4和2 $\%$之间。对于用于transmon量子比特的结尺寸，我们推导出1.7-2.5 $\%$的晶片级跃迁频率变化。我们发现，60-70 $\%$的这种变化是由于结面积波动，而其余的是由隧道结的不均匀性。这种高频率的可预测性是在量子计算机中按比例增加量子比特数量的要求。
2020-11-10 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
