量子电路制冷中的电荷动力学:热化与微波增益
介观与纳米尺度物理
2021-10-11 v1 量子物理
摘要
先前关于正常金属-绝缘体-超导体结中光子辅助隧穿的研究已展现出为原位控制量子电学电路耗散提供便捷工具的潜力。然而,现有关于此类量子电路制冷器(QCR)的文献并未对隧穿过程的电荷动力学或开放量子系统的相位相干性给出详细描述。本文推导了描述量子电学与电荷自由度两者的主方程,并发现低温且充电能更低的典型实验参数会导致电荷与量子动力学的时间尺度分离。因此,不同电荷态的微小效应可通过在电荷分布上取平均来计入。我们还考虑对隧穿结施加交流电压,从而能通过改变驱动幅度将超导量子比特的衰减率控制跨越四个数量级;我们发现量子比特激发在40 ns内下降一个数量级,且残余复位保真度误差低于。此外,对于正常金属岛,我们考虑充电能与单粒子能级间距远大于超导能隙的情形,即量子点。尽管这种量子点QCR产生的衰减率对于量子比特复位而言似乎偏低,但该器件可对耦合的微波谐振腔提供有效的负阻尼(增益)。此类毫开尔文微波源的Fano因子可小于1,且在接近最大可达功率时达到该值。
引用
@article{arxiv.2107.04278,
title = {Charge dynamics in quantum-circuit refrigeration: thermalization and microwave gain},
author = {Hao Hsu and Matti Silveri and Vasilii Sevriuk and Mikko Möttönen and Gianluigi Catelani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.04278},
year = {2021}
}
备注
20 pages, 10 figures