首次实现单量子比特耦合双分离超导波导“基本单元”的实验表征与性能验证

《npj Quantum Information》：Experimental characterization of the qubit-mediated coupling between two waveguides

　　

摘要

我们首次实验实现了由两个空间分离的超导波导通过单个transmon量子比特耦合而成的系统，并对其进行了全面表征。由于该系统能够实现相干控制以及波导之间的微波光子交换，同时具备作为量子路由架构中可扩展基本单元的潜力，因此我们将其称为“基本单元”。该单元在10毫开的环境下进行了特性测试，平均输入信号为约1个光子，频率约为6吉赫兹，量子比特的偏置被调整到使其对外部磁场波动的敏感性最小化的最佳状态。通过结合稳态测量和时域测量，我们重建了系统的关键参数，包括量子比特的松弛和退相干现象、波导与量子比特之间的耦合关系以及波导间的光子传输效率。观察到的性能与非厄米哈密顿量理论相符，并证实了磁通量偏置、温度和光子数量对这些参数的显著影响，这与磁通量和温度引起的退相干模型结果一致。重要的是，该单元在光子数量较少的情况下仍能可靠运行；在光子数量较多的情况下，我们直接观察到了由量子比特引起的光子修饰效应。这些结果为研究开放量子系统现象提供了一个多功能平台，并为实现可扩展的量子路由和网络节点铺平了道路。