Delayed-response quantum back-action in nanoelectromechanical systems
提出了一个量子点对耦合纳米机械谐振器的延迟响应的半经典理论。我们证明了量子点的反作用改变了NR的谐振频率和品质因数。NR的品质因数的增加或减少对应于振荡的增强或阻尼,这也可以被解释为由QD引起的NR的西西弗斯放大或冷却。
2015-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Motional Entanglement with Trapped Ions and a Nanomechanical Resonator
我们研究了纳机电系统(NEMS)同时与两个单独囚禁的离子相互作用的纠缠功率。为了突出这种纠缠能力,我们考虑了一个特殊的制度,其中离子-离子耦合不会在系统中产生纠缠,并且任何由此产生的纠缠都将是NEMS作为纠缠设备的结果。我们研究了NEMS诱导的离子-离子二体纠缠以及离子+NEMS三体纠缠的动力学行为。我们在这个混合系统中发现了一些非常显著的现象。例如,一旦离子-NEMS耦合达到某个值,最初不相关并以相干态制备的两个捕获离子就可以通过与纳米机电谐振器(也以相干态制备)相互作用而变得纠缠,并且这可以通过NEMS设备上的外部电压门来控制。
2013-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Classical to Quantum Transition of a Driven Nonlinear Nanomechanical Resonator
我们寻求的第一个迹象表明,纳米机电系统(NEMS)进入量子域,因为它的质量和温度降低。我们发现他们通过研究从经典到量子行为的驱动非线性Duffing谐振腔的过渡。运动方程的数值解,在谐振器的谐振腔的谐振区,表明量子维格纳函数逐渐偏离相应的经典相空间概率密度。由于非线性而产生的这些明显差异可以作为实验证据,在不久的将来,NEMS谐振器正在进入量子领域。
2007-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting Phase Qubit Coupled to a Nanomechanical Resonator: Beyond the Rotating-Wave Approximation
我们考虑一个简单的约瑟夫森结相位量子比特耦合到一个固态纳米机电谐振器的模型。这个模型和许多相关的量子比特谐振器模型类似于电磁腔中的原子。当系统是弱耦合和近共振时,动力学可以用量子光学的行波近似(RWA)或Jaynes-Cummings模型精确描述。然而,开发更快的量子信息处理协议的愿望需要近似的,但分析的描述是有效的更强耦合的量子位谐振器系统。在这里,我们提出了一个简单的理论技术,使用的基础上的修饰状态,微扰帐户的领导阶修正的RWA。通过与精确数值结果的比较,我们证明了该方法在中等强耦合下的精确性,为描述快速量子信息处理提供了一个有用的理论工具。该方法适用于任何与谐振子或单模玻色子场线性耦合的量子二能级系统。
2004-07-15 quant-ph
Phonon antibunching effect in coupled nonlinear micro/nanomechanical resonator at finite temperature
在这项研究中,我们研究了耦合非线性微/纳机电系统(MEMS/NEMS)谐振器在有限温度下的声子反聚束效应。在弱驱动极限下,通过求解稳态Liouville-vonNeumann主方程,给出了声子反聚束的最佳条件。我们发现,在低温下,声子反聚束效应发生在弱非线性和机械耦合的制度,这是证实了解析和数值解。我们还发现,热噪声可以降低甚至破坏不同的机械耦合强度的反聚束效应。此外,从强反聚束到聚束的声子关联已被观察到的温度域。最后,我们发现,在有限温度的情况下,一个适当的强驱动将有助于保持最佳的声子相关对热噪声。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Motional sideband asymmetry of a solid-state mechanical resonator at room temperature
本文在室温下将膜位于中间的固态机械谐振器边带冷却至接近量子基态,通过双零差测量观测到运动边带不对称性,最低声子占据数达9.5。
2024-08-12 quant-ph
Classical to quantum transition of a driven nonlinear nanomechanical resonator
目前,在制造足够小、冷和清洁的纳米机电系统(NEMS)方面投入了大量的实验努力,以便接近量子力学行为,因为它们的典型量子能量尺度$\hbarΩ$变得与环境热能$k_{B}T$相当。这样的系统将有望使人们能够观察人造物体的量子行为,并测试量子力学的一些基本原理。在这里,我们扩展和阐述我们最近的建议[PRL 99(2007)040404],利用纳米谐振器的非线性性质,以观察其过渡到量子制度。我们研究这种过渡的一个孤立的谐振器,以及一个耦合到一个热浴在零或有限的温度。我们认为,通过利用非线性,量子动力学可以使用几乎触手可及的技术来探测。运动方程的数值解显示了经典动力学的第一个量子修正,这出现在经典到量子跃迁发生时。这提供了实际的签名,以寻找在未来的实验与NEMS谐振器。
2008-07-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement between charge qubit states and coherent states of nanomechanical resonator generated by AC Josephson effect
我们考虑了一个纳米机电系统,该系统由一个可移动的库珀对盒量子比特组成,该量子比特受到一个静电场的作用,并通过隧穿过程耦合到两个体超导体。我们认为量子比特动力学与量子振荡器的动力学有关,并证明了如果满足一定的谐振条件,则在超导体之间施加的偏置电压会产生由量子比特态和振荡器的相干态的纠缠表示的状态。结果表明,这种纠缠的结构可以控制的偏置电压的方式,产生的纠缠,将所谓的猫态-相干态的叠加。通过分析纠缠熵和相应的Wigner函数,我们刻画了这种态的形成和发展。实验上可行的检测的效果,通过测量的平均电流也被认为是。
2021-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
An integrated whispering-gallery-mode resonator for solid-state coherent quantum photonics
定制的光子腔允许增强光-物质相互作用,最终创建完全相干的量子界面。在这里,我们报告一个集成的微盘腔含有自组装量子点相干路由不同的接入波导之间的光子。我们测量了腔品质因数约为10,000的Purcell因子$F_{exp}=6.9\pm0.9$,使我们能够观察到量子点的光子相干散射的清晰特征。我们展示了这个集成系统如何可以相干地重新路由之间的下降和总线端口的光子,以及如何控制这种路由的失谐的量子点和谐振器,或通过激发光束的强度,其中一个临界光子数小于一个光子每个寿命是必需的。我们讨论了这种方法的优点和局限性,重点是如何相干散射和单光子非线性可以用来提高量子设备,如路由器或贝尔状态分析仪的效率。
2021-07-27 quant-ph
A nanomechanical resonator coupled linearly via its momentum to a quantum point contact
我们使用Born-Markov近似的主方程方法来研究纳米机电系统的对称频率电流噪声谱和振荡器稳态,其中纳米级谐振器通过其动量线性耦合到量子点接触(QPC)。我们的电流噪声谱显示出QPC电流和振荡器上的反作用力之间的量子相关性的清晰特征,在相对隧穿相位(η= -π/2)的值处,这种相关性预计将被最大化。我们还表明,振荡器的稳态服从经典的Fokker-Planck方程,但可以在动量耦合探测器浴和位置耦合环境浴的存在下经历热机械噪声压缩。此外,完整的主方程清楚地表明,一半的检测器的反作用与电子隧穿,表示偏离模型的检测器作为一个有效的浴,并建议在较低的偏置电压,更强的隧穿和/或更强的耦合有效的未来的计算可能会揭示有趣的量子效应的振荡器动力学。
2012-04-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling carbon nanotube mechanics to a superconducting circuit
机械谐振器的量子行为是一个新的和新兴的领域,最近的实验达到量子基态。碳纳米管谐振器的高频率、小质量和大品质因数使其在量子纳米力学应用中具有吸引力。实现谐振器基态的实验中的常见元件是耦合到谐振器运动的第二量子系统,例如相干光子或超导装置。然而,对于纳米管来说,由于其尺寸小,这是一个挑战。在这里,我们将碳纳米机电(NEMS)设备耦合到超导电路。悬浮的碳纳米管在超导量子干涉仪(SQUID)中既是超导结又是运动元件。我们观察到一个强大的调制通过SQUID从位移的纳米管的通量。将这种SQUID扩展到超导谐振器和量子位应该能够在单声子水平上检测和操纵纳米管机械量子态。
2012-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Probing semiconductor quantum dot state and manipulation with superconducting transmission line resonator
分析了超导传输线谐振器与半导体双量子点的耦合系统。我们模拟了微波信号在谐振腔中的相移,这对量子点量子比特的状态和操纵是敏感的。测量质量足够高,并且结果表明可以设想基于这种类型的电路的固态量子处理器。
2013-12-08 quant-ph
Quantum dynamics of a resonator driven by a superconducting single-electron transistor: a solid-state analogue of the micromaser
我们调查的行为耦合到超导单电子晶体管调谐到约瑟夫森准粒子共振的量子谐振器,并表明,在许多方面的动力学是类似的发现在微脉塞。耦合到SSET可以通过连续或不连续的过渡驱动谐振器进入自持振荡的非经典状态。增加耦合进一步导致一系列的过渡和多稳态区域。
2007-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generating Squeezed States of Nanomechanical Resonator
提出了一种在由纳米机械谐振器(NMR)、超导库珀对盒(CPB)和超导传输线谐振器(STLR)组成的固态电路中产生压缩态的方案。NMR和STLR之间的非线性相互作用可以通过将CPB的外部偏置通量设置为特定值来实现。通过对组合系统的总哈密顿量进行Fr $\rm\ddot o$ hlich变换,导出了NMR和STLR之间的相互作用哈密顿量。只要将CPB保持在基态,我们就得到了标准的参量下转换哈密顿量。CPB扮演着“非线性介质”的角色,NMR的压缩态可以很容易地以类似于量子光学中三波混频的方式产生。这就是固态电路中的三波混频。
2007-06-15 quant-ph
Detecting quantum noise of a solid-state spin ensemble with dispersive measurement
Department of Physics, University of Toronto(多伦多大学物理系);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 Physics, University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校物理系);Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF(弗劳恩霍夫应用固体物理研究所)
本研究提出利用色散测量技术,通过同频检波检测来检测固态自旋集体的量子噪声,并提出通过检测自旋压缩来评估纠缠态的量子计量学性能。
2026-02-03 quant-ph
NbTiN Nanowire Resonators for Spin-Photon Coupling on Solid Neon
RIKEN Center for Quantum Computing(理化学研究所量子计算中心);Department of Mechanical Engineering, FAMU-FSU College of Engineering, Florida State University(佛罗里达州立大学 FAMU-FSU 工程学院机械工程系);Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology (NICT)(国家信息通信技术研究所先进 ICT 研究所);Graduate School of Engineering, Tohoku University(东北大学研究生院工学研究科);Department of Physics and Astronomy, University of Notre Dame(圣母大学物理与天文系);Institute of Physics, University of Augsburg(奥格斯堡大学物理研究所);Center for Advanced Analytics and Predictive Sciences, University of Augsburg(奥格斯堡大学高级分析与预测科学中心)
本研究展示NbTiN纳米线谐振子在固态氖平台中实现高品质因子,并通过理论分析提出实现自旋-光子耦合的微磁设计与耦合策略,目标在自然氖中实现单量子比特操作保真度超过99.99%。
2025-10-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Deterministic transfer of an unknown qutrit state assisted by the low-Q microwave resonators
Qutrits(即,三能级量子系统)由于其大的希尔伯特空间而可用于实现许多量子信息和通信任务。在这项工作中,我们提出了一个方案,以转移一个未知的量子态之间的磁通量子耦合到两个超导共面波导谐振器。这种量子态转移可以在不需要测量的情况下确定地实现。由于谐振腔光子在操作时间期间被虚拟地激发,所以由谐振腔衰减引起的退相干和不想要的谐振腔间串扰被极大地抑制。此外,我们的方法可以适用于其他固态qutrits耦合到电路谐振器。数值模拟结果表明,利用电流电路QED技术实现两量子态之间量子态的高保真传输是可行的。
2018-02-28 quant-ph
Impurities in cryogenic solids: a new platform for hybrid quantum systems
本文提出由掺杂自旋杂质的固态惰性气体晶体与超导谐振器构成的新型混合量子平台,并在mK温度下实现原子杂质系综与谐振器的强耦合及相干时间测量。
2025-08-29 quant-ph
Generation of quantum-dot cluster states with superconducting transmission line resonator
提出了一种利用超导传输线谐振器在空间分离的双量子点中产生团簇态的有效方法。当TLR中双点量子比特跃迁频率与全波模频率之间的失谐量满足一定条件时,可以实现任意两个分离量子比特之间的Ising类算符.即使包括主要的噪声源,它表明,高保真度的集团态可以在该固体系统中产生的一个步骤。
2009-01-20 quant-ph
Dispersive Coupling Between the Superconducting Transmission Line Resonator and the Double Quantum Dots
实现远距离量子比特间的可控相互作用是可扩展固态量子计算的主要问题之一。我们研究了超导传输线谐振器(TLR)作为双点分子的可调谐色散耦合器。给出了$n$双电子自旋量子比特与TLR的一般相互作用哈密顿量,其中双量子比特在大失谐区被偏置,TLR总是空的,并且是虚激发的.我们对主要退相干源的分析表明,各种主要的量子操作可以用现有技术可靠地实现。
2008-05-30 quant-ph
Characterizing Neon Thin Film Growth with an NbTiN Superconducting Resonator Array
本文利用多路复用NbTiN超导微波谐振器阵列,通过监测谐振频率和$Q_i$变化量化氖薄膜空间均匀性,发现三相点附近脉冲沉积可重复成膜,12K退火能改善均匀性,为电子悬浮氖量子比特平台提供原位表征工具。
2025-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dipole coupling of a double quantum dot to a microwave resonator
固态系统中的量子相干性已经在超导电路和半导体量子点中得到证实。这为研究用于量子信息处理的固态系统铺平了道路,与基于原子、离子和光子的其他系统相比,固态系统具有可扩展性的潜在好处。超导电路与微波光子的相干耦合,即电路量子电动力学(QED),开辟了新的研究方向,使量子比特的长距离耦合成为可能。在这里,我们演示了如何超导微波谐振器的电磁场可以耦合到半导体双量子点。双点的电荷稳定性图,通常由直流(DC)传输技术测量,通过色散的耦合谐振器的频移进行了研究。这种混合全固态方法提供了在一个芯片上相干耦合多个量子点和超导量子比特的可能性,并提供了一种用于半导体量子结构的高分辨率光谱学的方法。
2011-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast coherent control of a charge qubit on solid neon with a spin-qubit-compatible resonator
RIKEN Center for Quantum Computing(RIKEN量子计算中心);Institute of Physics, University of Augsburg(奥格斯堡大学物理研究所);Department of Mechanical Engineering, FAMU-FSU College of Engineering, Florida State University(佛罗里达州立大学FAMU-FSU工程学院机械工程系);Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology (NICT)(国家信息通信技术研究所高级ICT研究所);Department of Physics and Astronomy, University of Notre Dame(圣母大学物理与天文学系);Center for Advanced Analytics and Predictive Sciences, University of Augsburg(奥格斯堡大学先进分析与预测科学中心);RIKEN Pioneering Research Institute(RIKEN先锋研究所)
本文在自旋量子比特兼容的电路QED平台上,将固态氖上的单个电子耦合到超导NbTiN纳米线谐振器,实现了电荷量子比特,展示了微波读取和相干控制,拉比频率高达76 MHz,并观察到强驱动下的非线性频移。
2026-07-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable one-way quantum computer using on-chip resonator qubits
我们提出了一个可扩展的和强大的架构,单向量子计算使用超导传输线谐振器耦合网络。在我们的协议中,量子信息被编码到谐振器的长寿命光子态中,其具有比通常的超导量子比特长得多的相干时间。每个谐振腔包含一个电荷量子比特,用于光子量子比特的状态初始化和局域投影测量。任何一对相邻的光子量子位通过介体电荷量子位耦合,并且可以通过将斯塔克移位的拉比脉冲施加到这些介体量子位来创建大的光子簇态。我们的架构的显着优势是,它结合了固态系统的良好的可扩展性和光子量子比特的长相干时间。此外,该架构对于参数变化非常鲁棒。
2011-11-11 quant-ph
Bichromatic Driving of a Solid State Cavity QED System
利用双色驱动固体腔量子电动力学系统探测腔修饰态跃迁,观察系统与光场的相干相互作用。我们从理论上证明了由量子点与光子晶体腔强耦合组成的固态系统中的高阶腔修饰态、超分裂和交流斯塔克位移。对于非共振情况,声子介导量子点和光子谐振器之间的非共振耦合,这是固态腔量子电动力学所特有的现象。
2011-08-27 quant-ph
Macroscopic quantum test with bulk acoustic wave resonators
研究通过直接测量高次体声波谐振器模式的 Wigner 函数,在微克级质量尺度上验证了量子力学,监测了负值在数十微秒内的衰减,获得了与原子干涉仪相当的宏观性。
2023-02-16 quant-ph
High-impedance surface acoustic wave resonators
本文设计制造了阻抗高于100 Ω的GHz频率表面声波谐振器,通过紧密约束高斯声学模式实现高阻抗与低损耗,在毫开尔文温度下品质因子达数千,有望与半导体量子点等固态量子系统实现强电容耦合。
2024-01-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Realizing flexible two-qubit controlled phase gate with a hybrid solid-state system
提出了一种实现灵活的双量子比特控制相位门的理论方案。利用传输线谐振器诱导金刚石中的氮空位与超导量子比特之间的耦合。N-V中心作为控制量子位,超导量子位作为目标量子位。通过调节外磁通,我们获得了随机超导量子比特与传输线谐振器之间理想的耦合。此外,我们的协议可以通过目前的实验技术来实现。
2011-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Squeezed cooling of mechanical motion beyond the resolved-sideband limit
腔光力学提供了一个独特的平台,通过跨越经典量子边界的光场控制微机械系统,为量子技术奠定坚实的基础。目前,光机械谐振器已成为发展精确控制的纳米电机,超灵敏传感器和鲁棒量子信息处理器的有希望的候选人。对于所有这些应用,关键的要求是将机械谐振器冷却到它们的量子基态。在本文中,我们提出了一种新的冷却方案,进一步冷却微机械谐振器通过噪声压缩效应。这种谐振器中的一个正交可以被挤压以在另一个“加热”正交中引起增强的波动,然后可以通过传统的光机械耦合来冷却机械运动。我们的理论分析和数值计算表明,这种挤压和冷却机制提供了一种快速的技术,深度冷却的宏观机械谐振器到一个前所未有的温度区域低于零点波动。
2017-11-16 quant-ph
Post-fabrication tuning of circular Bragg resonators for enhanced emitter-cavity coupling
本文提出通过制备后重复湿法化学刻蚀校正圆形布拉格谐振器与嵌入量子点之间的光谱失配,在AlGaAs谐振器中实现约16 nm波长调谐和4倍Purcell增强,并验证该方法可推广至其他材料平台以提升器件产率。
2023-09-27 physics.optics quant-ph
The scattering coefficients of superconducting microwave resonators: II. System-bath approach
本文描述了一种统一的量子方法来分析各种几何形状的超导微波谐振器的散射系数。我们还将该方法推广到具有时间延迟的谐振腔链,并揭示了几个类似于光子晶体的输运性质。结果表明,量子和经典分析提供了一致的结果,它们共同揭示了不同的衰减和退相干机制在一个普通的微波谐振腔。这些结果为理解微波谐振器网络的散射谱奠定了坚实的基础,并为超导微波谐振器在复杂电路中的应用铺平了道路。
2022-02-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Suppression of 1/f noise in solid state quantum devices by surface spin desorption
在固体量子技术中,由于材料界面处的虚假二能级系统(TLS)引起的噪声和退相干是一个长期存在的问题。由于缺乏足够灵敏的表面分析工具来识别其化学和物理性质,减轻TLS影响的努力受到阻碍。在这里,我们测量超导谐振器的介电损耗,频率噪声和电子自旋共振(ESR)谱,并证明表面自旋的解吸伴随着频率噪声几乎减少了十倍。我们提供的实验证据,同时揭示了吸附的磁矩的化学签名,并证明其耦合通过电场自由度的谐振器,导致介电(电荷)噪声在固态量子器件。
2017-05-25 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum information processing using quasiclassical electromagnetic interactions between qubits and electrical resonators
电谐振器通过基于微波光子的真实或虚拟交换设计与量子比特的电磁相互作用而广泛用于量子信息处理。这种相互作用依赖于量子比特的跃迁偶极矩和谐振器的真空涨落之间的强耦合,其方式与腔QED相同,因此被称为“电路QED”(cQED)。利用这一思想,量子信息的控制已经在实验上取得了巨大的进步。然而,cQED中量子涨落引起的光子交换所起的中心作用确实导致了一些特征限制。在本文中,我们讨论了另一种方法,通过谐振器电磁耦合量子比特,其中没有光子交换,谐振器不需要有很强的量子涨落。相反,这种相互作用可以从量子比特施加在谐振器上的经典有效“力”的角度来看待,并且用于产生量子比特纠缠的所得谐振器动力学本质上是纯粹经典的。我们展示了这种类型的相互作用是如何类似于原子离子量子比特的操作中遇到的,我们利用这种类比来构建两个量子比特纠缠操作,在很大程度上对谐振器中的热噪声或其他噪声不敏感,并且对它的品质因数不敏感。这些操作也可扩展到更大数量的量子位,允许在耦合到单个谐振器的那些量子位的任何期望子集之间选择性地生成相互作用。我们的提议可能适用于各种物理量子比特模式,包括超导和半导体固态量子比特,捕获的分子离子,甚至可能是固体中的电子自旋。
2013-06-24 physics.atom-ph quant-ph
Cooling of mechanical motion with a two level system: the high temperature regime
我们分析了冷却的纳米机械谐振器耦合到一个耗散的固态两能级系统,专注于制度的高初始温度。我们推导出一个有效的Fokker-Planck方程的机械模式,占饱和和其他非线性效应,并允许我们研究冷却动力学的谐振器模式为任意占领数。我们发现一个退化的冷却速率,并最终在很高的初始温度下的冷却故障,并讨论这些影响对各种系统参数的依赖性。我们的结果适用于大多数固态系统,已被提出用于冷却机械谐振器,包括量子点,超导量子比特和电子自旋量子比特。
2010-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anisotropic rare-earth spin ensemble strongly coupled to a superconducting resonator
在混合量子体系结构中连接光子和固态量子比特为大规模分布式量子计算提供了一条有前途的途径。理想的候选者相干量子比特相互转换的光学活性自旋磁耦合到超导谐振器。我们报道了磁各向异性Er ~(3+):Y_2SiO_5晶体的腔QED实验,并证明了稀土自旋与集总元件谐振器的强耦合。此外,铒自旋的电子自旋共振和弛豫动力学通过直接微波吸收检测,而无需腔的帮助。
2012-12-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Emulating tightly bound electrons in crystalline solids using mechanical waves
固态物理学研究的是由原子和强束缚电子组成的系统。每个电子的隧穿概率由通常延伸到相邻位置的相互作用决定,因为它们相应的波幅从孤立的原子核迅速衰减。这种描述对材料科学至关重要,它决定了金属、绝缘体和其他凝聚态系统的电子输运性质。紧束缚模型很好地捕捉到了相应的现象,其中电子能带结构来自孤立原子的原子轨道以及它们与晶体中相邻位置的耦合。在这项工作中,建立了一个机械系统,动态模拟一个紧密结合的电子。这是通过经由充当耦合器的局部周期性铝棒连接机械谐振器来完成的。当特定谐振器的频率位于耦合器的频率间隙内时,振动波振幅模仿束缚电子轨道。实验验证了波在谐振器位置的局部化及其沿耦合器的指数衰减。量子力学紧束缚模型和机械结构中的频率测量显示出极好的一致性。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Revealing spin-flip two-level systems using ultra-thin film superconducting resonators
本研究利用超薄TiN超导谐振器揭示了低磁场下反常的二能级系统行为,提出自旋翻转TLS模型,通过自旋轨道耦合机制定量解释频率-磁场关系及温度依赖性,为磁性调控固态量子器件噪声与损耗提供新途径。
2024-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polar molecules near superconducting resonators: a coherent, all-electrical, molecule-mesoscopic interface
构建可扩展量子处理器的挑战需要在大规模量子系统中实现相干控制和保持量子相干性的冲突要求的整合。此外,该系统还应与量子线路的小型化和集成化相兼容。诸如超导岛和量子点的介观固态系统的特征在于使用局部电信号的鲁棒控制技术和基于制造进展的不言而喻的缩放;然而,一般而言,固态器件的量子态倾向于快速退相干。相比之下,基于捕获离子和中性原子的量子光学系统表现出更好的相干性,而原子和分子系统的小型化及其与介观电路的集成仍然是一个重要的挑战。下面,我们描述了一个单一的粒子系统-一个孤立的极性分子-与介观固态设备的集成方法,以产生强大的,连贯的,量子级控制。所描述的方法包括在低温带状线微波谐振器附近的亚微米尺寸的隔离极性分子的捕获、冷却、检测、相干操纵和量子耦合。我们发现,静电捕获的极性分子可以表现出强大的限制和快速,纯电动门控。此外,电噪声源的影响,在量子信息处理中的关键问题,可以通过适当的制备和极性分子的操作抑制到非常低的水平。我们的设置提供了一个可扩展的腔QED型量子计算机架构,其中存储在长寿命旋转分子态中的远距离量子比特的纠缠是通过交换微波光子来实现的。
2006-05-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Mechanical systems in the quantum regime
力学系统是研究宏观物体量子行为的理想对象。为此,必须将机械谐振器冷却到其基态,并且必须非常精确地测量其位置。目前,正在探索实现这些目标的各种途径。在这篇评论中,我们讨论了不同的技术敏感的位置检测,我们给出了一个概述的冷却技术,正在采用。后者包括边带冷却和主动反馈冷却。解释了在高精度和/或极低温度下测量机械系统时重要的基本概念,如热和量子噪声,线性响应理论和反作用。由此,线性位置检测的量子极限,并在最近的光和纳米机电实验中已经实现的灵敏度相比,这个限制。实验中使用的机械谐振器从米大小的引力波探测器到只能使用介观设备(如单电子晶体管或超导量子干涉设备)读取的纳米机械系统。一类特殊的纳米机械系统是自下而上制造的碳基器件,它们具有非常高的频率和较大的零点运动,使它们成为实现量子机制的理想选择。在纳米尺度上的一些不同的机械系统的力学进行了研究。最后,我们展望了如何改进最先进的机械谐振器来研究量子{ \it力学}。
2011-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Addressing spins at the clock transitions with a frequency- and bandwidth-tunable superconducting resonator
本研究提出一种频率和带宽均可动态调谐的超导谐振器,成功操控时钟跃迁处的铋施主自旋系综,测得450 ms的Hahn回波相干时间,为实用化量子存储方案提供了关键技术支撑。
2025-10-22 physics.app-ph quant-ph
Transmission-based noise spectroscopy for quadratic qubit-resonator interactions
本文发展了描述二次相互作用下噪声量子比特-谐振器系统瞬态传输的理论,推广量子朗之万方程并证明仅线性和二次耦合可解析处理,首次表明可通过输入-输出测量提取噪声特性,扩展了基于传输的噪声光谱学。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon Devil's staircase: photon long-range repulsive interaction in lattices of coupled resonators with Rydberg atoms
实现单个光子之间的强相干相互作用是科学和工程中的一个长期目标。在这篇报告中,基于最近的实验装置,我们得到了一个强的光子长程排斥相互作用,通过控制位于扩展的Jaynes-Cummings-Hubbard晶格中的不同腔中的铯原子里德伯原子之间的范德华排斥力。我们还发现了这种光子长程排斥相互作用引起的新的量子相位。例如,如果没有光子跳跃,由长程平移对称性破缺引起的光子魔鬼楼梯就会出现。如果光子跳跃发生,我们预测光子浮动的固相,由于粒子和空穴状缺陷的运动。更重要的是,对于共振情况下的大化学势,即使存在跳跃项,光子跳跃也可以被冻结。我们称这个新相为光子冻结固相。在实验中,这些预测的相位可以通过共振荧光测量极化激元的数量来检测。
2015-06-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Toward nanophotonic platforms for solid-state $^{229}$Th nuclear clocks
KU Leuven(荷语鲁汶大学);Institute for Nuclear and Radiation Physics(核与辐射物理研究所);Institute of Science and Technology Austria(奥地利科学技术研究所);Max Planck Institute for the Science of Light(马克斯·普朗克光科学研究所);Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg(埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学);Keio University(庆应义塾大学);Ghent University(根特大学)
本文提出一种纳米光子平台,利用$^{229}$Th低能异构跃迁实现固态核钟,通过耦合钍核与受限光学模式增强核激发率,展示了一种实现芯片级固态频率标准的可行路径。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall nucl-ex physics.atom-ph
Controllable Coupling between Flux Qubit and Nanomechanical Resonator by Magnetic Field
我们提出了一种将纳米机械谐振器的量子化模式耦合到超导约瑟夫森结(或相位滑移)通量量子比特回路中的持续电流的有源机制。该耦合由外部耦合磁场独立控制。整个系统在强耦合极限下形成了一种新的固态腔量子电动力学(QED)结构。该结构可用于演示量子光学现象和相干操纵量子比特进行量子信息处理。这种耦合机制适用于更一般的超导约瑟夫森结系统是多能级系统的情况,并讨论了实验实现中的实际问题。
2007-03-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hydrogen crystals reduce dissipation in superconducting resonators
本文提出在颗粒铝高阻抗超导谐振器上涂覆固态仲氢晶体薄膜,通过吸收杂散太赫兹辐射将耗散平均降低约8%,且不引入额外损耗,为混合量子架构中的杂质嵌入提供了新途径。
2024-04-06 cond-mat.supr-con quant-ph
High-Q Nanophotonic Resonators on Diamond Membranes using Templated Atomic Layer Deposition of TiO2
将固态量子发射器与纳米光子谐振器集成对于有效的自旋光子接口和光学网络应用是必不可少的。虽然钻石色心已被证明是新兴量子技术的优秀候选者,但它们与光学谐振器的集成仍然具有挑战性。基于将谐振器蚀刻到金刚石中的常规方法通常负面地影响色心性能并且提供低器件成品率。在这里,我们开发了一个集成的光子学平台的基础上模板原子层沉积的二氧化钛金刚石膜。我们的制造方法产生高性能的纳米光子器件,同时避免将波长级特征蚀刻到金刚石中。此外,该技术产生高度可再现的光学共振,并且可以在单个金刚石样品上迭代,这是一个独特的加工优势。我们的方法适用于宽范围的波长和衬底,并且可以实现腔光子与金刚石或碳化硅、稀土离子或其他材料系统中的相干缺陷之间的高协同性接口。
2020-05-30 physics.optics quant-ph
Mechanical Wannier-Stark Ladder of Diamond Spin-Mechanical Lamb Wave Resonators
该研究设计并理论分析了金刚石兰姆波谐振器的机械万尼尔-斯塔克梯,通过调控耦合速率与频率间隔比设定声子介导耦合范围,提出三种近邻耦合方案并验证其对实验缺陷的鲁棒性,为固态量子网络实现量子低密度奇偶校验码奠定基础。
2024-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hanbury Brown and Twiss interferometry of single phonons from an optomechanical resonator
纳米和微机械固态量子器件已成为人们关注的焦点。可靠地产生它们运动的非经典态对于解决宏观量子现象的基本问题和发展传感和转导领域的量子技术都是有意义的。我们利用量子光学控制技术,有条件地产生纳米机械谐振腔的单声子Fock态。我们进行了一个Hanbury Brown和Twiss型实验,验证了声子态的非经典性质,而不需要完整的状态重建。我们的结果建立了在单声子水平上的机械振荡器的纯光量子控制。
2018-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Millikelvin Nb nanoSQUID-embedded tuneable resonator fabricated with a neon focused-ion-beam
本文提出一种利用氖聚焦离子束制备的铌纳米SQUID嵌入式谐振器,在16 mK下实现频率可调,并表征其磁通灵敏度及噪声来源,展示了其在混合超导-自旋应用中的潜力。
2025-01-03 cond-mat.supr-con quant-ph
Real-time Monitoring of Neon Film Growth for Electron-on-Neon Qubits
Washington University(华盛顿大学);University of California Berkeley(加州大学伯克利分校)
本文提出利用高临界温度YBCO微波谐振器实时监测氖膜生长,通过调整驱动功率控制膜厚,为电子-氖量子比特的可控制备提供关键技术。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
Centimeter-scale nanomechanical resonators with low dissipation
Delft University of Technology(代尔夫特理工大学);Brown University(布朗大学)
针对高纵横比机械谐振器长厚比受限的问题,结合机器学习引导的设计优化与精细纳米制造技术,制备出厘米级长度、纳米级厚度的低耗散纳米机械谐振器,室温品质因子接近理论值,性能可对标低温器件且条件要求更低。
2024-06-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph