微波 QED 中的束缚态：从波导到腔区的交叉

单量子水平上的光-物质相互作用是现代量子技术中许多具有高度基础重要性的机制的核心。量子比特与电磁场模式单光子的强相互作用由腔/电路电动力学（QED）机制描述，这是最先进的量子计算平台之一。波导 QED 的相反机制中，量子比特与无限一维空间中的连续模式相互作用，也是近期研究的焦点，揭示了新颖的量子现象。尽管已展示了波导 QED 的几个关键特征，但从实验可实现的有限尺寸系统到理论假设的无限器件尺寸的转变既未得到严格证明，也未完全理解。在本文中，我们构建了一个统一理论，该理论在一组最小标准近似下考虑了系统在所有参数域中的物理边界。考虑矩形波导中的两个量子比特（其天然呈现低频截止），我们能够计入无限数量的模式，并获得波导传输、量子比特-光子束缚态寿命以及两个量子比特-光子束缚态之间交换相互作用的精确描述。为验证，我们将理论与在矩形波导中两个超导量子比特的实验数据进行比较，展示了波导 QED 的无限尺寸极限如何在有限尺寸系统中浮现。我们的理论可直接推广到其他波导，如光子晶体和耦合腔阵列。