将超导量子位耦合到左手超材料谐振器

由基于约瑟夫逊结的器件与线性谐振电路相结合形成的人造原子能够达到强耦合状态，其中量子比特与谐振微波模式之间的耦合强度大于相关的线宽。电路量子电动力学（cQED）领域已发展成为实现可扩展量子处理器的领先架构之一，同时也提供了探索具有定制的人造原子的微波量子光学系统中光-物质相互作用的机制。对于具有耦合到量子位的多个模式的系统，存在以不同模式的光子进行模拟量子模拟的可能性，从而允许在受控平台中实现量子模型。例如，在高耦合强度下的光-质相互作用哈密顿量有助于实现自旋玻色子模型，它是量子耗散和量子相变的范式模型。多模cQED还可以用于研究光子带隙附近的量子位动力学，类似于使用真实原子和光子晶体的实验。量子随机存取存储器是耦合到多种模式的量子位的另一个潜在应用

       由超导集总电路元件阵列制成的超材料谐振结构可以表现出具有用于驻波谐振的左手色散微波模式谱，从而导致在超导量子位通常运行的频率范围内的模式密度很高，使用这种机制可以进行多模电路量子电动力学研究。近日，来自纽约雪城大学的研究小组对耦合到通量可调量子比特的超导超材料谐振器进行了一系列测量。通过对超材料的微波测量，观察到量子位与其通过的每个模式的耦合。使用单独的读出谐振器探测了量子比特，并将量子比特能量弛豫表征为频率的函数，该频率在密集模式频谱的存在下受到Purcell效应的强烈影响。此外，随着各种超材料模式中光子数的变化，我们研究了量子比特的ac Stark位移。通过数值模拟，研究人员探索了基于该方案的增强耦合设计，以使量子位和超材料模式之间的耦合能量可以超过具有可实现电路参数的设备中的模式间距。通过选择电路参数来定制密集模式光谱，以及通过与量子位相互作用来控制超材料的光子状态的能力，使其成为具有微波光子和量子存储器的模拟量子仿真的有效平台。相关研究发表在杂志《Physical Review Applied》上。（刘乐）

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.14.064033