Optomechanical transducers for quantum information processing
我们讨论了光量子网络的实现，其中静态量子比特和光子量子比特之间的接口是由光机械换能器实现的[K。Stannigel等人，PRL 105，220501（2010）]。这种方法不依赖于量子比特的光学性质，从而使光量子通信应用于广泛的固态自旋和电荷为基础的系统。我们提出了一个有效的描述这样的网络为许多量子比特，并给出了推导的状态传输协议的长距离量子通信。我们还描述了如何调解本地芯片上的相互作用的光机械换能器，可用于纠缠门的装置。最后，我们讨论了实验系统实现我们的建议。
2012-01-02 quant-ph
Intra-band entanglement-assisted cavity electro-optic quantum transducer
本文提出带内纠缠辅助腔电光量子换能器，通过压缩参数调谐增强换能效率，并识别三种量子通道，显著提升转换带宽和高量子容量，优于无纠缠辅助方案。
2025-03-26 quant-ph
Ion trap transducers for quantum electromechanical oscillators
当代物理学的一个持久挑战是在宏观系统中实验观察和控制量子行为。我们发现，一个单一的囚禁原子离子可以用来探测预冷到4K的介观机械振荡器的量子性质，并进一步，以高效率冷却到它的量子基态。拟议的实验可利用现有技术进行。
2005-01-09 quant-ph
Entanglement Thresholds of Doubly-Parametric Quantum Transducers
双参数量子换能器，如电光机械器件，正迅速接近量子操作，因为退相干机制，如热噪声，损耗和有限的协同性得到改善。这些器件显示出作为量子信息之间的关键链接的潜力，这些量子信息包含在与光学和微波域中的频率不同的频率中，从而实现超导量子计算机的长距离联网等应用。然而，实现量子操作所必需的换能器的操作参数的要求还有待表征。在这项工作中，我们找到简单，明确的表达式的必要条件和充分条件下，双参量换能器在解析边带，稳态极限能够纠缠光学和微波模式。我们的分析将换能器作为一个双模玻色子高斯通道能够分束器型和双模挤压型之间的相互作用的光学和微波模式。对于分束器型的相互作用，我们发现参数阈值区分区域的通道的可分性，绑定纠缠的能力，和容量可扩展的纠缠。相比之下，双模压缩型相互作用总是产生可压缩的纠缠，对温度、协同性或损耗没有限制。最后，我们找到了减少的单模上转换和下转换通道的纠缠破坏条件，通过初始化未使用的输入真空，而忽略未使用的输出。分束器型和双模挤压型相互作用的纠缠阈值之间的这些差异是构建集成多个换能器的更大量子网络时的重要考虑因素。
2021-10-19 quant-ph
Light-Induced Microwave Noise in Superconducting Microwave-Optical Transducers
该研究探究了超导微波-光学换能器中光致微波噪声的来源与机制，揭示了三种不同时间常数的噪声，并提出缓解策略，助力实现量子换能。
2023-11-14 quant-ph
Noiseless signal amplification in an opto-mechanical transducer
本文提出利用谐振光学参量换能器实现量子反作用规避测量，并通过独立测量两个调制边带实现经典信号的无噪声放大，从而超越标准量子极限。
2025-06-03 quant-ph
Optimized protocols for duplex quantum transduction
针对双工量子转换性能表征的开放问题，提出速率区域方法，发现同时双工转换优化策略优于时分单向转换标准协议，并适用于有限带宽转换器。
2024-03-21 quant-ph
Optically Distributing Remote Two-node Microwave Entanglement using Doubly Parametric Quantum Transducers
双参数量子换能器（DPT），如电光机械器件，显示出作为光域和微波域之间的量子互连的前景，从而实现超导量子比特系统之间的长距离量子网络。然而，任何换能器都不可避免地会引入损耗和噪声，这将降低量子网络的性能。我们探讨如何DPT可以用来构建一个网络，能够通过比较14个不同的网络拓扑结构的光链路分发远程双模微波纠缠。我们分析的14种拓扑结构由不同的换能器操作，纠缠资源和纠缠交换测量的组合组成。对于每一种拓扑结构，我们推导出一个必要的和充分的分析阈值DPT参数，必须超过，以分发微波-微波纠缠。我们发现，阈值依赖于给定的网络拓扑结构，以及可用的纠缠资源和测量能力。在与实际网络相关的高光损耗极限下，我们发现光双模压缩真空态的每一半的下转换是最鲁棒的拓扑结构。最后，我们数值评估微波-微波纠缠产生的每个拓扑结构使用目前可实现的值DPT参数，纠缠资源，和交换测量，发现令人鼓舞的结果，几个拓扑结构是在目前的实验能力范围内。
2022-11-17 quant-ph
Theoretical analysis of mechanical displacement measurement using a multiple cavity mode transducer
我们提出了一种光机械位移传感器，它依赖于三个腔模式参数耦合到一个机械振荡器，其频率间隔匹配的机械谐振频率。额外的谐振允许在大幅降低的输入功率下达到标准量子极限（与仅一个谐振的情况相比），因为灵敏度和量子反作用都得到增强。此外，它表明，在多腔模式的情况下，模式之间的耦合是通过水库相互作用，例如，从而实现量子反作用噪声消除。实验实现的计划进行了讨论，在光学和微波域。
2009-09-08 quant-ph
A two-dimensional piezo-optomechanical transducer
Stanford University（斯坦福大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文提出基于能带结构工程的二维压电光力换能器设计，实现了低噪声、双向换能及量子基态附近的声子-光子对产生，为超导量子比特的远距离纠缠提供了关键进展。
2026-07-30 quant-ph
Design of an ultra-low mode volume piezo-optomechanical quantum transducer
本文提出一种基于混合铌酸锂硅平台的超低模式体积压电光机械量子换能器设计，通过声学杂化实现极低损耗的微波-光域相干转换，在10 kHz脉冲模式下可达35%固有转换效率和<0.5噪声量子数，适用于超导量子处理器间的 heralded 纠缠。
2023-06-26 quant-ph
Correlated noise can be beneficial to quantum transducers
本研究针对量子系统噪声致退相干的问题，提出利用耦合量子系统的噪声相关性抑制噪声，以压电光力学微波-光量子换能器验证了噪声相关可降噪声提升性能，并给出参数优化框架指导实际设计。
2025-05-20 quant-ph
Non-classical microwave-optical photon pair generation with a chip-scale transducer
本文报告通过芯片级压电光机械换能器中的自发参量下转换过程生成微波-光子对，观察其非经典关联，为超导量子处理器间的光学量子网络提供关键构建模块。
2023-03-30 quant-ph
Optomechanical ground-state cooling in a continuous and efficient electro-optic transducer
本文提出一种连续高效的电-光力换能器，通过光学边带冷却将机械模式冷却至量子基态，实现47%效率和3.2光子附加噪声，并验证高功率激光对微波模式热占据影响极小。
2021-12-26 quant-ph
Quantum limit in resonant vacuum tunneling transducers
我们提出了一种机电换能器的共振隧穿配置的基础上，相对于标准的隧穿换能器，允许更大的隧穿电流，同时使用相同的偏置电压。增加的电流导致散粒噪声的增加和动量噪声的增加，这决定了被监测系统中的量子极限。在4.2 K的微机械质量的实验可以显示在布朗噪声的动量噪声的主导地位，允许观察在介观尺度的量子力学噪声。
2010-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-destructive optical readout of a superconducting qubit
通过光纠缠超导量子处理器将使安全通信和分布式量子计算的新手段成为可能。然而，在这些不同的电磁波谱状态之间转换量子信号仍然是一个突出的目标，并且由于光子对超导体的有害影响，将超导量子比特与电光换能器连接起来提出了重大挑战。此外，许多远程纠缠协议在量子态的上转换之前和之后都需要多个量子比特门，因此理想的换能器应该保持量子比特的状态不变：更准确地说，来自换能器对量子比特的反作用应该是最小的。在这里，我们展示了非破坏性的光学读出的超导transmon量子比特通过连续操作的电光换能器。在这项工作中使用的换能器和电路QED系统的模块化性质，使量子位从光子的完全隔离，和量子位从换能器上的反作用是小于从环境中的热辐射所赋予的。换能器带宽和增加的噪声的适度改进将使我们能够利用电路QED中可用的全套工具来演示从超导量子比特到光域的非经典信号的转导。
2021-10-18 quant-ph
Distilled remote entanglement between superconducting qubits across optical channels
IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center（IBM量子，IBM托马斯·J·沃森研究中心）；Electrical and Computer Engineering Department, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系）
该研究通过光学通道实现超导量子比特的远程纠缠，利用蒸馏技术优化纠缠强度，并提出未来转换器性能提升的目标。
2026-02-10 quant-ph
Scalable microwave-to-optical transducers at single photon level with spins
本文利用掺镱YVO4晶体的强二阶非线性，实现了无腔的片上微波-光转换器，达到百分级效率和低噪声，并演示双转换器光子干涉，展示可扩展性。
2024-07-11 quant-ph
Electron Spin Coherences in Rare-Earth Optically Excited States for Microwave to Optical Quantum Transducers
为了实现量子网络中超导量子比特与光之间的纠缠转移，需要高效可逆的光-微波相干转换器。具有窄的光学和自旋跃迁的稀土掺杂晶体是实现这些器件的一种有前途的方法。当前的方法使用具有相干寿命（$T_2$）的基态电子自旋跃迁，所述相干寿命通常受到自旋触发器过程和/或光谱扩散的限制，即使在非常低的温度下。在这里，我们研究的自旋相干性在光激发态的Er $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体在温度从1.6到3.5 K和下的弱8.7 mT的磁场。自旋相干性和人口寿命高达1.6 $μ$ s和1.2 ms，分别由2-和3-脉冲光学检测自旋回波实验测量。退相过程的分析表明，MS $T_2$可以达到在较低的温度下的激发态自旋，而基态自旋状态可以被限制到几个$μ$的，由于共振相互作用与其他的Er $^{3+}$自旋在晶格中（自旋扩散）。我们提出了一个量子换能器计划的潜力接近单位的效率，利用光激发电子能级的自旋态所提供的具体优势。
2018-02-16 quant-ph
Topological Quantum Transducers in a Hybrid Rydberg Atom System
本文提出混合里德堡原子-腔系统中的拓扑量子换能器方案，基于双模JC构型构建福克态晶格，利用零能模式实现受拓扑保护的高效单光子微波-光转换。
2025-11-19 quant-ph
Quantum transduction with adaptive control
量子换能器在混合量子网络中起着至关重要的作用。一个好的量子换能器可以忠实地将量子信号从一种模式转换到另一种模式，同时退相干最小。量子转换的大多数研究都是基于直接模式转换的协议。然而，直接协议需要匹配条件，这在实践中并不总是可行的。在这里，我们提出了一个自适应协议的量子换能器，它可以转换量子信号，而不需要匹配条件。自适应协议仅由高斯运算组成，在各种物理平台上都是可行的。此外，我们表明，自适应协议可以强大的有限压缩，热噪声和零差检测相关的缺陷。它可以实现微波模与光模之间的量子态转移。
2017-06-20 quant-ph
Ion crystal transducer for strong coupling between single ions and single photons
提出并分析了在离子晶体中实现单光子与单离子量子界面的一种新方法。在我们的方法中，通过离子晶体的集体自由度来增强单个光子和单个离子之间的耦合。应用包括单光子产生，量子中继器的存储器，和确定性的光子光子，光子声子，或光子离子纠缠进行了讨论。
2011-07-11 quant-ph
Quantum transducer in circuit optomechanics
机械谐振器是一种具有巨大潜力的宏观量子物体。它们耦合到许多不同的量子系统，如自旋、光子、冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚体。然而，由于量子体系中的微小运动，测量和操纵声子态是困难的。另一方面，微波谐振器是强大的量子器件，因为任意的光子态可以合成和测量与量子层析成像。我们发现，一个线性耦合，强大的和控制的门电压，机械和微波谐振器之间，使创建量子声子态，操纵声子和光子之间的混合纠缠，并产生两个机械振荡器之间的纠缠。在电路量子光力学中，机械谐振器充当辅助量子系统和微波谐振器之间的量子换能器，微波谐振器用作量子总线。
2012-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangling remote superconducting qubits via transducer-generated multi-time-bin states
提出利用微波-光学换能器生成多时间仓态纠缠远程超导量子比特的方法，改进纠缠交换技术，将保真度从0.75提升至0.98，并减轻热噪声，为可扩展异构量子系统提供实用路径。
2025-06-18 quant-ph
Quantum transducers: Integrating Transmission Lines and Nanomechanical Resonators via Charge Qubits
我们提出了一种机制，通过将传输线谐振器（TLR）与纳米机械谐振器（NAMR）共同耦合到电荷量子位，即具有可控栅极电压的库珀对盒，来将它们连接起来。电荷量子比特集成在这种量子换能器或简单的量子网络中，扮演可控量子节点的角色，在TLR和NAMR之间相干地交换量子信息。有了这样的接口，脉泽样的过程被预测创建一个准经典态的NAMR通过控制在TLR的单模经典电流。或者，通过传输线的“库珀对“相干输出可以由NAMR的单模经典振荡驱动。
2005-08-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Piezomechanical scattering loss in electro-optics quantum transducers
本文针对电光量子换能器中超导微波腔品质因数下降问题，提出压电机械散射是普遍耗散机制，推导其标度律并揭示相干耦合与耗散的基本权衡，为优化量子换能器性能提供关键设计约束与策略。
2025-09-24 physics.optics quant-ph
Quantum acousto-optic transducer for superconducting qubits
我们提出了利用压电体中的声波实现超导量子比特与光子之间的可逆量子转换器的理论。该器件由集成声光谐振器和压电效应组成，前者利用受激布里渊散射实现声子-光子转换，后者利用压电效应实现声子与量子比特的耦合。我们评估的声子-光子耦合率，并表明，所需的光泵功率以及其他设备参数提供完整和忠实的量子转换是可行的，实现与最先进的集成声光。
2016-02-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hybrid Quantum Repeaters with Ensemble-based Quantum Memories and Single-spin Photon Transducers
QuTech, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Applied Physics, University of Geneva（日内瓦大学应用物理系）；Constructor University（Constructor 大学）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）
本文提出一种混合量子中继架构，结合集合型量子记忆和单自旋光子转换器，以提升长距离量子通信的性能和速率。
2024-04-26 quant-ph
High-speed quantum transducer with a single-photon emitter in a 2D resonator
量子换能器可以在不同的系统之间传递量子信息。微波-光子转换对于未来的量子网络将远程超导量子计算机与光纤互连是重要的。在这里，我们提出了一个高速量子换能器的基础上的单光子发射器在原子薄膜谐振器，可以耦合单个微波光子到单个光学光子。2D谐振器是独立的范德华异质结构（可以由六方氮化硼、石墨烯或其他2D材料组成），其承载量子发射器。2D谐振器的机械振动（声子）通过利用应变或斯塔克效应移动单光子发射器的光学跃迁频率来与光学光子相互作用。机械振动通过偏移包括膜的LC电路的谐振频率而耦合到微波光子。由于2D谐振腔的小质量，单光子光机械耦合强度和机电耦合强度都可以达到强耦合状态。这为微波光子、声子和光子之间的高速量子态转移提供了一种方法。
2020-07-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Elfs, transducers and quantum walks
SKLMS, Academy of Mathematics and Systems Science, Chinese Academy of Sciences（数学力学系统科学研究院，中国科学院）
本文通过引入零误差换能器实现电通量采样（elfs），改进了量子游走工具箱，并基于此获得了有效电阻估计、生成程序见证大小估计以及随机游走到达分布采样的优化算法，在半监督学习上实现了高达二次的量子加速。
2026-10-14 cs.CC cs.DS quant-ph
Design of a release-free piezo-optomechanical quantum transducer
针对悬浮式压电光机械换能器热锚定差及噪声-效率权衡问题，提出一种基于蓝宝石上硅的无释放型换能器设计，利用高波矢机械模式提升热锚定与相干性，并适用于低功率声光系统。
2024-08-27 physics.optics quant-ph
Optoelectromechanical transducer: reversible conversion between microwave and optical photons
编码在微波光子或量子比特中的量子态可以被有效地操纵，而光学光子可以通过光纤和波导相干地传输。因此，微波和光子之间的量子态的可逆转换将使量子信息能够在长距离上分布，并显著提高混合量子系统的可扩展性。由于技术的进步，机械谐振器可以在不同的光谱范围内与量子器件耦合，并且可以作为连接这些器件的强大接口。本文综述了近年来利用光机电换能器实现微波场与光场相干转换的理论和实验研究进展。最后讨论了实现单光子量子态转换的挑战和前景。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital angular momentum-entanglement frequency transducer
纠缠态是实现量子隐形传态、安全密钥分配、计量学和量子计算等任务的重要资源。为了有效地在不同的量子系统之间建立纠缠并在它们之间共享信息，在保持其量子特性的同时在不同波长的量子态之间进行转换的频率转换器是必不可少的。在光子轨道角动量OAM自由度中编码的信息在利用单个光子的信息承载能力中是优选的，因为其尺寸是无限的。首次报道了一种工作波长为1558.3 ~ 525 nm的OAM量子比特、OAM偏振混合纠缠态和OAM纠缠态的量子换能器。非经典性质和纠缠证明以下的转换过程中进行量子断层扫描，干涉，和贝尔不等式测量。我们的研究结果表明，在光子OAM自由度中运行的不同量子系统之间创建纠缠链路的能力，这对于构建高容量OAM量子网络具有重要意义。
2016-05-30 physics.optics quant-ph
Transducer leakage error suppression using invariant-based shortcut
School of Physics, Anhui University（安徽大学物理学院）；Laboratory for Advanced Computing and Intelligence Engineering（先进计算与智能工程实验室）；School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院）；Institute of Quantum Materials and Physics, Henan Academy of Science（河南省科学院量子材料与物理研究所）
该研究针对自旋 - 超导混合量子系统，利用基于最优不变量的捷径理论抑制换能器泄漏误差，通过介导虚拟光子交换能量，设计优化脉冲控制，实现高保真量子操作，抵抗控制误差影响，为精确操纵量子态提供可行路径。
2026-08-04 quant-ph
Universal Quantum Transducers based on Surface Acoustic Waves
我们提出了一个通用的，片上量子换能器的基础上的表面声波的压电活性材料。由于材料的固有压电（和/或磁致伸缩）特性，我们的方法提供了一个通用平台，能够相干地连接广泛的量子位阵列，包括量子点，捕获离子，氮空位中心或超导量子位。表面声波的量子化模式位于千兆赫范围内，可以被强烈地限制在声子腔中的表面附近，并在声波导中被引导。我们表明，这种类型的表面声激发可以有效地利用作为一个量子总线，作为一个芯片上，机械腔QED等效的微波光子，并使大范围的量子位的长距离耦合。
2015-10-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-throughput bidirectional electro-optic transduction assessed with a practical quantum capacity
JILA, National Institute of Standards and Technology and the University of Colorado（JILA，美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）
本研究通过高吞吐量的膜基光-电-机械转换器，实现了接近超导量子比特衰减率的双向电光转换能力，展示了在下转换中前所未有的性能提升。
2026-10-12 quant-ph
Proposal for transduction between microwave and optical photons using $\mathrm{^{167}Er}$-doped yttrium orthosilicate
可逆地将光和微波量子信号相互转换的高效换能装置对于集成不同的技术至关重要。固体中的稀土离子，特别是铒离子，具有光学和微波可寻址跃迁，是设计换能器的有希望的候选者。我们提出了一个微波到光量子转换器方案的基础上的暗态协议的$\mathrm{^{167}Er}$掺杂到原硅酸钇（YSO）在零外磁场。零场操作对于可能在磁场中引起额外损耗的超导谐振器是有益的。通过计算换能器的保真度和效率，考虑到最重要的缺陷，我们表明，一个有效的转换是可能的高保真度。我们还调查了微波跃迁的$\mathrm{^{167}Er}$：YSO，可用于换能器协议。
2022-07-04 quant-ph
Optimal transducers using symmetries
Université libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）
本文利用对称群表示论简化量子换能器的构造，证明最优催化剂可协变且换能器可块对角化，从而为无结构搜索、振幅放大和估计等原语导出最优换能器。
2026-10-02 cs.CC quant-ph
Noise-Aware Entanglement Generation Protocols for Superconducting Qubits with Impedance-Matched FBAR Transducers
本文利用扩展BVD模型优化FBAR压电光机械换能器的转换效率与附加噪声，并据此计算单/双光子纠缠预示协议的保真度，理论预测在中等泵浦功率下可实现大于160 kHz的纠缠生成速率和大于90%的保真度，为超导量子比特量子网络的近期实现提供了直接指导。
2025-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Opto-mechanical transducers for long-distance quantum communication
我们描述了一个新的方案，相互转换的静态和光子量子比特的基础上间接量子比特光相互作用的机械谐振器。这种方法不依赖于量子位的特定光学响应，从而使光学量子接口能够用于各种基于固态自旋和电荷的系统。本文讨论了大规模网络中远程节点间量子态传输协议的实现，并分析了主要噪声源对量子态传输性能的影响。对于电子自旋量子比特和超导电荷量子比特的具体例子，我们表明高保真量子通信协议可以在现实的实验条件下实现。
2010-11-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electro-optomechanical equivalent circuits for quantum transduction
利用光学机械学的技术，高$Q$机械振荡器可以作为频率差异很大的电磁模式之间的链接。这种方法已成功地用于经典信号的频率转换，并具有在超导电路和行进的光信号之间执行量子态转移的潜力。这种换能器通常在线性状态下操作，其中混合系统可以使用基于Heisenberg-Langevin方程的线性响应理论来描述。虽然在数学上很容易解决，但这种方法对混合系统的动力学几乎没有直观的了解，无法帮助优化换能器。作为这样的电光机械传感器的分析和设计工具，我们介绍了一个等效电路形式主义，整个传感器是由一个电路。因此，我们将光学机械系统的转换功能集成到电气工程的工具箱中，允许使用其成熟的设计技术。这种统一的阻抗描述可以应用于静态（DC）和谐波变化（AC）驱动场，适应任意线性电路，并且不限于解析边带制度。此外，通过建立等效电路的量子化输入输出形式，利用电路分析方法得到了线性换能器的散射矩阵，从而对换能器进行了完整的量子力学表征。因此，整个换能器到电气工程语言的这种映射既揭示了换能器如何执行，同时也可以通过帮助设计合适的电路来优化其性能。
2018-06-14 physics.optics quant-ph
Optical readout of a superconducting qubit using a piezo-optomechanical transducer
针对超导量子处理器扩展受限于低温环境的问题，提出利用完全集成的压电光机械换能器将量子比特信号转换至光学域进行读出，实现了81%的单次读出保真度，为大型量子处理器的低耗散热管理提供了新方案。
2025-08-14 quant-ph
Retrieval of single photons from solid-state quantum transducers
使用光子信道的量子网络需要控制携带信息的光子与组成节点的元件之间的相互作用。在这项工作中，我们从理论上分析了由固态量子存储器发射的光子的光谱特性，固态量子存储器充当在另一个频率范围内吸收的光子的转换器。我们明确地确定的表达式连接存储和检索的激励考虑到可能的模式和相位失配的实验装置。我们得到的表达式描述了输出场作为输入场的函数的换能器工作在很宽的频率范围内，从光到光到微波到光。我们应用这一结果来分析的光子光谱和检索概率作为一个功能的光学深度的微波光学转换。在没有损耗的情况下，固态量子换能器的效率本质上由将检索过程设计为存储动态的时间反转的能力决定。
2021-12-06 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Control design for inhomogeneous broadening compensation in single-photon transducers
利用单光子在微波频率和光频率之间的转换器，可以实现远距离超导量子计算机之间的光纤量子通信。一个有前途的可扩展的方法来构建这样的换能器是使用量子发射器的合奏同时与电磁场在光和微波频率相互作用。然而，发射器的跃迁频率的不均匀加宽可能对这种集体作用有害。在这篇文章中，我们利用基于梯度的优化策略来设计驱动换能系统的激光场的时间形状，以减轻不均匀加宽的影响。我们研究了在不同的单发射器协同制度的非均匀加宽的函数的转导效率的改善，并将其与恢复超辐射效应的发射器合奏。此外，为了评估我们的脉冲设计的最优性，我们提供了可验证的界限的设计问题，并将它们与所实现的性能进行比较。
2021-06-22 physics.optics quant-ph
A quantum transducer using a parametric driven-dissipative phase transition
研究了单光子和双光子失谐驱动下的耗散克尔谐振腔。当超过临界失谐阈值时，克尔腔在两个不同的稳态之间出现半经典一阶耗散相变，其特征在于腔场的$π$相位开关.这种转变被证明是持久深入到低光子数的量子极限。值得注意的是，这种跃迁发生的失谐频率几乎线性地依赖于单光子驱动的振幅。基于这种相位开关特性，我们设计了一种灵敏的量子传感器，它将所观察到的参量量子相变频率转换为所检测到的单光子幅度信号。噪声和温度对相应的传感协议的影响进行了讨论，并讨论了一个现实的电路QED实现。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Highly-linear flux-to-voltage transducer based on superconducting quantum interference proximity transistors
NEST, Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（NEST，意大利国家研究委员会纳米科学研究所和比萨高等师范学院）
本研究提出了一种基于超导量子干涉近邻晶体管的高线性磁通-电压转换器，通过双环架构与差分读出实现高动态范围和低功耗，适用于高密度低温量子电子学。
2026-02-27 cond-mat.supr-con quant-ph
An on-chip programmable mechano-quantum transducer
Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Ningbo Institute of Northwestern Polytechnical University（西北工业大学宁波研究院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
研究固态自旋缺陷中机械驱动与量子读出分离问题，提出片上可编程机械量子换能器，集成微机械驱动与自旋频率读出，能检测低应变，提供高体积力密度，通过框架实现电控制微机械输入到自旋频率响应的直接测量。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Efficiency Low-Noise Optomechanical Crystal Photon-Phonon Transducers
针对低温下光吸收热噪声限制光力学晶体重子转换器性能的问题，研究人员提出侧面耦合机械分离光波导的二维硅OMC谐振器方案，大幅降低加热速率，实现高转换效率与低附加噪声，推动量子极限微波光转换与光控量子声存储器发展。
2024-06-22 physics.optics quant-ph
Cryogenic microwave-to-optical conversion using a triply-resonant lithium niobate on sapphire transducer
量子网络可能会对我们未来的计算和通信方式产生深远的影响。为了将超导量子处理器在更远的距离上连接在一起，我们需要能够在微波和光域之间产生高保真纠缠的换能器。我们提出了一个集成的电光换能器，它结合了低损耗的锂钛酸盐光子与超导微波谐振器的蓝宝石衬底上。我们的三倍频谐振器件在稀释制冷机中工作，并将微波光子转换为光子，片上效率为$6.6\times 10^{-6}$，转换带宽为20 MHz。我们讨论了在这种设备的设计权衡，包括管理声学损失的策略，并概述了未来提高转换效率的方法。
2020-05-02 physics.optics quant-ph
A quantum spin transducer based on nano electro-mechancial resonator arrays
量子信息处理的实现面临着将避免退相干的良好隔离与控制多体量子系统中相干相互作用的能力相结合的矛盾要求。例如，电子和原子核的自旋自由度由于它们与环境的弱磁相互作用而提供了良好的量子记忆。然而，出于同样的原因，很难在大于几十纳米的距离上实现自旋的受控纠缠。在这里，我们提出了一个通用的实现的电子自旋量子比特的量子数据总线的自旋耦合到磁化的机械谐振器通过磁场梯度的运动。假设机械系统是带电的，则与自旋量子位相关联的磁矩可以被有效地放大，以使得能够经由库仑力在长距离上进行相干自旋-自旋耦合。我们的方法适用于广泛的一类电子自旋量子比特，可以本地化附近的磁化尖端，并可用于实现混合量子计算架构。
2009-08-03 cond-mat.other quant-ph
Measurement-Induced Long-Distance Entanglement of Superconducting Qubits using Optomechanical Transducers
尽管超导系统为量子计算提供了一个有前途的平台，但它们的联网带来了挑战，因为它们不能与光连接--光是在室温下通过通道发送量子信号的介质。我们表明，机械振荡器可以介导这种耦合和光可以用来测量两个遥远的量子比特的联合状态。测量提供了关于两个量子比特的总自旋的信息，使得纠缠量子比特状态可以被后选择。纠缠的产生是可能的，没有基态冷却的机械振荡器的光学机械协同适度大于统一的系统，此外，我们的设置容忍大量的传输损耗。该方法可扩展到产生多体纠缠，代表了向具有超导电路的量子网络迈出的关键一步。
2016-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal broad-band frequency conversion via a magnomechanical transducer
开发用于量子信号的高效和宽带频率转换的方案是现代量子信息领域中的持续挑战。特别是微波信号与光信号的相干转换是实现远距离量子通信的重要里程碑。在这项工作中，我们提出了一个两阶段的转换协议，采用磁和机械激发之间的共振相互作用作为微波和光学光子之间的调解人。基于对钇铁石榴石在优化条件下的耦合强度的估计，我们预测接近统一的转换效率，而不需要匹配的cooperativities。我们预测在耦合强度的数量级上的最大效率的区域中的转换带宽，其可以以降低的转换效率为代价进一步增加。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity electro-optics in thin-film lithium niobate for efficient microwave-to-optical transduction
通过微波-光量子换能器将超导量子器件连接到光纤可以实现大规模量子网络。对于这种应用，基于Pockels电光（EO）效应的换能器具有直接转换机制、高带宽和低噪声操作的潜力。然而，先前展示的EO换能器需要大的光泵浦功率来克服弱EO耦合并达到高效率。在这里，我们创建了一个EO传感器的薄膜锂的钛酸盐，利用低光损耗和强EO耦合在这个平台。我们证明了高达$2.7\times10^{-5}$的转导效率和$1.9\times10^{-6}/\mathrm{μW}$的泵浦功率归一化效率。通过进一步减少微波谐振器与声学模式的压电耦合，将光学谐振器的品质因数增加到先前证明的水平，以及改变电极几何形状以增强EO耦合，可以提高换能效率。我们期望随着进一步的发展，薄膜锂酸盐中的EO换能器可以在较低的光泵浦功率下实现接近1的效率。
2020-05-12 physics.optics quant-ph
Improved quantum volume estimation with transducers and amortized quantum walks
Cambridge University（剑桥大学）；IRIF, CNRS, Université Paris Cité（IRIF，法国国家科学研究中心，巴黎西岱大学）；Tilburg University（蒂尔堡大学）
本研究将Cousins和Vempala的随机体积估计算法量子化，利用换能器与摊销量子游走框架，将查询复杂度从O~(d^3.5+d^2.25/ε)改进至O~(d^3.5+d^1.75/ε)，克服了量子实现的关键障碍。
2026-10-06 cs.CG cs.DS quant-ph
