物理学。修订稿。111，053601（2013）-人造原子诱导微波传播的巨交叉-克尔效应

人工原子诱导微波传播的巨交叉克尔效应

Io-Chun Hoi、Anton F.Kockum、Tauno Palomaki、Thomas M.Stace、Bixuan Fan、Lars Tornberg、Sankar R.Sathyamoorthy、Göran Johansson、Per Delsing和C.M.Wilson

物理学。修订稿。111，053601–2013年8月2日出版

摘要

我们研究了由transmon型超导人工原子介导的两个微波场之间的有效相互作用，该原子与共面传输线强耦合。场与原子之间的相互作用产生有效的交叉克尔耦合。我们证明了在单光子水平下，两个相干微波场的平均交叉克尔相移高达20度/光子。我们的结果为传播微波光子的量子应用迈出了重要一步。

收到日期：2012年7月5日

内政部：https://doi.org/10.103/PhysRevLett.111.053601

作者和附属机构

伊奥·春海¹,安东·科科姆¹,陶诺·帕洛马基¹,托马斯·M·斯塔斯²,碧轩扇²,拉尔斯·托恩伯格¹,Sankar R.Sathyamoorthy公司¹,戈兰·约翰逊¹,每个Delsing^1,*、和C.M.威尔逊^1,3,†

¹瑞典哥德堡SE-412 96查尔默斯理工大学微技术和纳米科学系（MC2）
²澳大利亚昆士兰4072，圣卢西亚，昆士兰大学物理科学学院工程量子系统中心
^三加拿大滑铁卢N2L 3G1滑铁卢大学量子计算与电子与计算机工程学院

^*per.delsing@chalmers.se
^†chris.wilson@uwaterloo.ca

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第111卷，第。2013年8月5日至2日

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图像

图1
设备1（A）和设备2（b）的显微照片，使用外差检测（HD）进行测量设置。设备1和2分别在一维开放传输线和传输线末端嵌入了一个人工原子，即传输子量子比特。在（b）中，我们同时测量了探头和控制场的反射系数。（c）探测光驱动的三能级人造原子 $ω_{第页}$ （红色）和控制音 $ω_{c（c）}$ （蓝色）。人工原子充当克尔介质，实现光子-光子相互作用。重用权限（&P）
图2
探头的传输系数，作为 $ω_{第页}$ 和控制电源， ${P（P）}_{c（c）}$ 对于低探测功率， $Ω_{第页} ≪ γ_{10}$ 在设备1中（参见补充材料[27]用于设备2）。（a）顶部：测量的透射系数 ${P（P）}_{c（c）} = 负极 116$ 分贝， $| {t吨}_{第页}^{(o个 n个)} |$ （黑色），和 ${P（P）}_{c（c）}$ 关闭， $| {t吨}_{第页}^{(远离的)} |$ （灰色）。底部：对应的相位响应。（b）测量的振幅响应， $Δ {t吨}_{第页}$ .（c）测量的相位响应， $Δ φ_{第页}$ 顶部面板：作为探头频率和控制功率的函数。底部面板：水平线切割（点）和理论曲线（实线）。沿底轴的（棕色）箭头显示使相位响应最大化的频率。理论曲线[28,30]适合同时提取 $γ_{20} / 2 π = 150 兆赫$ 以及控制场耦合。以下其他参数也用于计算中，使用单色和双色光谱分别测量： $ω_{10} / 2 π = 7.10 千兆赫$ , $ω_{21} / 2 π = 6.38 千兆赫$ , $Γ_{10} / 2 π = 74 兆赫$ , $γ_{10} / 2 π = 60 兆赫$ 和探头场耦合。重用权限（&P）
图3
探头相移， $Δ φ_{第页}$ ，由微弱的控制脉冲引起。实心曲线是数据的理论拟合，包括补充材料中的附加数据[27]. 每个设备的拟合参数为 $γ_{20}$ 以及控制场耦合。其他参数通过光谱学独立测量。表中列出了所有参数。（a）控制脉冲引起相移， $Δ φ_{第页}$ 时域中连续探头的。脉冲长度为1 $μ$ 设备1和 $7 μ 秒$ 用于设备2。（b） $Δ φ_{第页}$ 作为的函数 $ω_{第页}$ 三种不同的探测能力和 $⟨ {N个}_{c（c）} ⟩ ≃ 0.3$ ，用于设备1。请注意，这里 $| 0 ⟩ \leftrightarrow | 1 ⟩$ 转换为7.26 GHz（由于不同的外部磁通量， $Φ$ ). （c） $Δ φ_{第页}$ 作为的函数 $⟨ {N个}_{c（c）} ⟩$ 对于探头频率最大化探头相移的弱探头。每个数据点平均超过200万个控制脉冲。在设备1中观察到每个控制光子的平均相移为10度，在设备2中观察到每控制光子的相移为20度。（d） $| {第页}_{第页, 2} |$ 和 $| {第页}_{c（c）, 2} |$ 作为的函数 $⟨ {N个}_{c（c）} ⟩$ 。虚线（蓝色）表示 $| {第页}_{c（c）, 2} | = 0.9$ .广泛测量 ${第页}_{第页, 2}$ 如补充材料的图S4A所示[27].重用权限（&P）

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人工原子诱导微波传播的巨交叉克尔效应

Io-Chun Hoi、Anton F.Kockum、Tauno Palomaki、Thomas M.Stace、Bixuan Fan、Lars Tornberg、Sankar R.Sathyamoorthy、Göran Johansson、Per Delsing和C.M.Wilson

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