混合型 lump-distributed 超导量子电路的数值分析方法
量子物理
2025-12-09 v2
摘要
我们提出了一种用于分析混合型 lump-distributed 超导量子电路的数值方法，后者结合了线性或非线性 (即 Josephson 结) 的 lump 元件以及分布式平面波导 (CPW) 结构。直接对 CPW 传输线和多线束耦合器进行建模，而无需将其离散化为 lump 元件等价物，并通过能量参与比 (EPR) 方法提取电路哈密顿量参数。这种方法 enables 在不依赖完整电磁仿真的情况下，快速准确地提取模式频率、无差异性、cross-Kerr 相互作用以及 Purcell 衰减率，同时自然地考虑分布组件的高阶模式。我们将该方法实现于一个 Python 框架中，QuLTRA (Quantum hybrid Lumped and TRansmission lines circuits Analyzer)，并用它对该方法进行了验证，与完整电磁仿真 (Ansys HFSS、pyEPR)、现有电路分析工具 (QuCAT) 以及文献中报告的设计进行了比较。比较结果显示该方法与 full-wave 求解器相比，在计算时间上降低了数量级。我们展示了包括 Purcell 保护式读出、多模超强耦合和复用量子比特读出等应用，说明该方法可支持快速可靠的早期电路设计。
引用
@article{arxiv.2509.03651,
title = {A method for the numerical analysis of hybrid lumped-distributed superconducting quantum circuits},
author = {Simona Zaccaria and Antonio Gnudi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.03651},
year = {2025}
}