高度非谐超导电路的能量参与比分析

超导电路正被广泛应用于大规模量子器件，而准确数值模拟器件参数面临挑战。能量参与比（EPR）方法是最先进的电路设计分析方法之一，基于经典电磁仿真中提取的能量分布构建量子哈密顿量。在 EPR 方法中，我们从有限元仿真中提取线性项，并利用经典仿真中提取的能量参与比添加非线性项。然而，EPR 方法依赖于非线性项的低阶展开，这对于准确描述高度非谐电路（如通量纳米 qubit）提出了严峻挑战——通量纳米 qubit 因其高寿命和低误差率近日受到日益关注。本工作扩展了 EPR 方法，以有效应对高度非线性超导电路。作为概念验证，我们将该方法应用于通量纳米 qubit。具体而言，我们设计、制造并实验测量了一个耦合读出振荡器的通量纳米 qubit。我们将测量得到的量子比特与振荡器的频率与 EPR 分析结果进行比较，发现二者高度吻合。此外，我们将实验中外部通量下散射移位量与 EPR 分析结果及简化的集总元件模型进行比较。我们的发现表明，EPR 结果与实验数据高度一致，相较于简化的集总元件仿真，提供了更精确的估计。