与 transmon 量子比特强耦合的受驱谐振腔中的非线性微波光子占据数

我们在 20$\,$mK 下测量了与 transmon 量子比特耦合的薄膜超导集总元件谐振腔中的光子占据数，并发现了其对所施加微波功率的非线性依赖。transmon-谐振腔系统在强色散区工作，其中谐振腔内单个微波光子引起的交流斯塔克移（$2\chi$）大于量子比特跃迁的线宽（$\Gamma$）。当谐振腔在 $5.474325\,$GHz 相干驱动时，transmon 在 $4.982\,$GHz 的跃迁谱显示出分辨良好的峰，每个峰对应谐振腔的一个独立光子数态。由相对峰高我们得到了光子态的占据数以及谐振腔的平均光子占据数 $\bar{n}$。我们观察到对于 $\bar{n} < 5$，$\bar{n}$ 随施加驱动功率 $P_{rf}$ 的非线性变化，并将我们的结果与系统-浴主方程在稳态下的数值模拟以及包含 transmon 与谐振腔间 Jaynes-Cummings 相互作用的谐振腔半经典模型相比较。我们使用两种模型均发现了良好的定量一致，且分析表明该非线性行为主要源于由量子比特诱导的 Jaynes-Cummings 非线性所引起的谐振频率偏移。