論文の概要: Extremely large Lamb shift in a deep-strongly coupled circuit QED system
with a multimode resonator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.04114v2
- Date: Fri, 14 Jul 2023 02:07:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-17 17:09:53.288297
- Title: Extremely large Lamb shift in a deep-strongly coupled circuit QED system
with a multimode resonator
- Title（参考訳）: 多モード共振器を用いた深い結合回路QEDシステムにおける極大ラムシフト
- Authors: Ziqiao Ao, Sahel Ashhab, Fumiki Yoshihara, Tomoko Fuse, Kosuke
Kakuyanagi, Shiro Saito, Takao Aoki, and Kouichi Semba
- Abstract要約: マルチモード回路量子電磁力学(QED)システムにおけるラムシフトに関する実験的および理論的結果について報告する。
このシステムは超伝導束量子ビット(FQ)と4/4波長コプラナー導波路共振器(lambda/4$ CPWR)からなる。
基本モードからのラムシフトは82.3%、全モードからのラムシフトは96.5%と推定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5059126718866467
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We report experimental and theoretical results on the extremely large Lamb
shift in a multimode circuit quantum electrodynamics (QED) system in the
deep-strong coupling (DSC) regime, where the qubit-resonator coupling strength
is comparable to or larger than the qubit and resonator frequencies. The system
comprises a superconducting flux qubit (FQ) and a quarter-wavelength coplanar
waveguide resonator ($\lambda/4$ CPWR) that are coupled inductively through a
shared edge that contains a Josephson junction to achieve the DSC regime.
Spectroscopy is performed around the frequency of the fundamental mode of the
CPWR, and the spectrum is fitted by the single-mode quantum Rabi Hamiltonian to
obtain the system parameters. Since the qubit is also coupled to a large number
of higher modes in the resonator, the single-mode fitting does not provide the
bare qubit energy but a value that incorporates the renormalization from all
the other modes. We derive theoretical formulas for the Lamb shift in the
multimode resonator system. As shown in previous studies, there is a cut-off
frequency $\omega_{\rm{cutoff}}$ for the coupling between the FQ and the modes
in the CPWR, where the coupling grows as $\sqrt{\omega_n}$ for
$\omega_n/\omega_{\rm{cutoff}}\ll 1$ and decreases as $1/\sqrt{\omega_n}$ for
$\omega_n/\omega_{\rm{cutoff}}\gg 1$. Here $\omega_n$ is the frequency of the
$n$th mode. The cut-off effect occurs because the qubit acts as an obstacle for
the current in the resonator, which suppresses the current of the modes above
$\omega_{\rm{cutoff}}$ at the location of the qubit and results in a reduced
coupling strength. Using our observed spectrum and theoretical formulas, we
estimate that the Lamb shift from the fundamental mode is 82.3\% and the total
Lamb shift from all the modes is 96.5\%.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 量子共振器結合強度が量子ビットおよび共振器周波数に匹敵する, 深部結合(DSC)系における多モード回路量子電磁力学(QED)系のラムシフトに関する実験および理論的結果について報告する。
本システムは、超伝導束量子ビット(FQ)と、Josephson接合を含む共有エッジを介して誘導的に結合されてDSC体制を実現する4分の1波長コプラナー導波管共振器(\lambda/4$ CPWR)を備える。
分光はCPWRの基本モードの周波数の周囲で行われ、スペクトルは単一モードの量子ラビハミルトニアンによって調整され、系パラメータを得る。
量子ビットは共振器内の多くの高次モードと結合されているため、単一モードのフィッティングは素の量子ビットエネルギーを供給せず、他の全てのモードからの正規化を組み込んだ値となる。
マルチモード共振器系におけるラムシフトの理論式を導出する。
以前の研究で示されているように、cpwrのfqとモードのカップリングには、カットオフ周波数$\omega_{\rm{cutoff}}$があり、結合は$\sqrt{\omega_n}$で$\omega_n/\omega_{\rm{cutoff}}\ll 1$となり、1/\sqrt{\omega_n}$で$\omega_n/\omega_{\rm{cutoff}}\gg 1$となる。
ここで$\omega_n$は$n$thモードの周波数です。
遮断効果は、量子ビットが共振器内の電流の障害となり、量子ビットの位置において$\omega_{\rm{cutoff}}$以上のモードの電流が抑制され、結合強度が低下するため起こる。
観測されたスペクトルと理論式を用いて,基本モードからのラムシフトは82.3\%,全モードからのラムシフトは96.5\%と推定した。
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