将超导量子比特耦合至左手超材料谐振器

由超导集总电路元件阵列构成的超材料谐振结构可展现具有左手色散的微波模式谱，导致在与超导量子比特通常工作频率范围相同的频段内出现高模式密度，以及在较低频率处延伸至直流的带隙。利用这一用于多模电路量子电动力学的全新机制，我们进行了一系列测量，将一个通量可调 transmon 量子比特耦合到此类超导超材料谐振器。通过对超材料的微波测量，我们观测到了量子比特与其所经过的每一个模式的耦合。利用独立的读取谐振器，我们以色散方式探测了量子比特，并刻画了量子比特能量弛豫随频率的变化关系，该关系在密集模式谱存在时受 Purcell 效应强烈影响。此外，我们研究了当各超材料模式中的光子数变化时量子比特的 ac Stark 位移。通过选择电路参数来定制密集模式谱、并通过与量子比特的相互作用操控超材料的光子态的能力，使该平台成为模拟量子模拟与量子存储的有前途平台。