基于多级交流斯塔克效应的局域传感

当信号电平极低且光子能量高度不确定时，分析 GHz 频段的微弱微波信号是一项具有挑战性的任务。超导量子比特可以探测低光子数 regime 下的信号，但由于其离散的能级结构，它仅对特定能量的光子敏感。相比之下，利用多级量子系统（qudit），可以从高能级交流斯塔克位移推导出未知的信号频率和振幅。测量精度由信号振幅、其与离散 qudit 能级结构的失谐以及非谐性决定。我们展示了 $10^{-3}$ 量级的能量灵敏度，测量范围超过 $1\,\mathrm{GHz}$。在此，我们使用 transmon 量子比特，实验观测到涉及多达三个激发能级的跃迁频率位移。这些位移与分析电路模型和主方程模拟结果吻合良好。对于大失谐情况，我们发现位移随所施加微波驱动功率线性变化。利用该效应，我们演示了一种功率计，可用于表征从源到样品的微波传输。