少光子通过超导腔腔量子比特传输的解析量子全波分析

将不同设备连接起来以传播光子是扩展超导量子计算机的一个有前景的办法。相应地， accurately modeling the quantum information transfer in such quantum interconnects is critical to advancing this emerging technology. 为此，描述各种组件少光子传输特性的全波量子数值模型是必需的。不幸的是，由于缺乏标准组件类型的合适解析解，验证此类数值模型的准确性仍然是一个困难的挑战。最近，人们在创建第一个超导电路量子器件的解析量子全波解方面取得了进展。这些努力考虑了两种情况：一种是通过一个空的矩形波导腔腔的两光子传输，另一种是光子在一个封闭的矩形波导腔腔内与由一个约瑟夫森结构成的跨越小线天线两端的Transmon量子比特相互作用。本文进一步推进了这些工作，考虑当腔腔通过两个同轴端口与其接口时，包含一个量子比特的矩形波导腔腔的一光子和两光子传输特性。此类器件可用于各种方式的量子互连，例如用作量子存储器或光子源的部分。我们采用量子输入-输出理论形式来推导感兴趣的单光子和两光子传输特性。随后我们检查良好腔腔极限和差腔腔极限下非线性量子散射效应的特征。在未来，这些解析结果可用于验证建模量子互连的数值全波量子求解器。