論文の概要: Approaching the ultrastrong coupling regime between an Andreev level and a microwave resonator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.09243v2
• Date: Mon, 15 Sep 2025 11:06:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 15:23:15.952969
• Title: Approaching the ultrastrong coupling regime between an Andreev level and a microwave resonator
• Title（参考訳）: アンドレフレベルとマイクロ波共振器の超強結合状態へのアプローチ
• Authors: O. O. Shvetsov, A. Khola, V. Buccheri, I. P. C. Cools, N. Trnjanin, T. Kanne, J. Nygård, A. Geresdi,
• Abstract要約: 半導体ナノワイヤで形成されるジョセフソン接合はアンドリーフ境界状態を持ち、静電ゲーティングによって調整されたアンドリーフ量子ビットを実現する物理プラットフォームとして機能する。 アンドレーフ境界状態はナノスケールの弱いリンクに制限されているため、弱いリンクを流れる状態依存超電流を通して回路QEDアーキテクチャと結合する。 InAs-Al(core-half shell)ナノワイヤで定義され, 薄いNbTiN膜から高速度インダクタンスでパターン化したラム素子共振器を備えた超伝導ループに埋め込まれた弱いリンクの作製とマイクロ波特性を実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Josephson junctions formed in semiconductor nanowires host Andreev bound states and serve as a physical platform to realize Andreev qubits tuned by electrostatic gating. With the Andreev bound state being confined to the nanoscale weak link, it couples to a circuit-QED architecture via the state-dependent supercurrent flowing through the weak link. Thus, increasing this coupling strength is a crucial challenge for this architecture. Here, we demonstrate the fabrication and microwave characterization of a weak link which is defined in an InAs-Al (core-half shell) nanowire and embedded in a superconducting loop with a lumped-element resonator patterned from a thin NbTiN film with high kinetic inductance. We investigated several devices with various weak link lengths and performed spectroscopy that revealed pair transitions and single-quasiparticle transitions arising from spin-orbit split Andreev bound states. Our approach offers a compact geometry and a large resonator impedance above 12 k$\Omega$ at a resonator frequency of 8 GHz, which facilitates large coupling in the system. For the pair transitions, the experimentally observed energy level splitting demonstrates the coupling to an Andreev level of 490 MHz. We apply a perturbative model that shows good agreement with the experimental data and extract the maximum coupling of 968~MHz. Moreover, we show that the coupling is even stronger to an Andreev level with a higher transmission. In addition, spectroscopy of single-quasiparticle transitions reveals spin-orbit split Andreev bound states with the extracted spin-photon coupling of 77 MHz.
• Abstract（参考訳）: 半導体ナノワイヤで形成されるジョセフソン接合はアンドリーフ境界状態を持ち、静電ゲーティングによって調整されたアンドリーフ量子ビットを実現する物理プラットフォームとして機能する。 アンドレーフ境界状態はナノスケールの弱いリンクに制限されているため、弱いリンクを流れる状態依存超電流を通して回路QEDアーキテクチャと結合する。 したがって、この結合強度を高めることは、このアーキテクチャにとって重要な課題である。 ここでは、InAs-Alナノワイヤで定義され、高温超伝導ループに埋め込まれた薄いNbTiN膜から高速度インダクタンスでパターン化したラム素子共振器を用いて、弱結合の作製とマイクロ波特性を実証する。 種々の弱いリンク長を持ついくつかのデバイスについて検討し、スピン軌道分割アンドリーフ境界状態から生じるペア遷移と単一準粒子遷移を明らかにする分光を行った。 提案手法は, 共振器の共振器周波数8GHzで12k$\Omega$以上の共振器インピーダンスと共振器インピーダンスを提供する。 ペア遷移では、実験的に観測されたエネルギー準位が490MHzのアンドレフ準位に結合していることが示される。 実験データと良好な一致を示す摂動モデルを適用し,968〜MHzの最大結合を抽出する。 さらに,結合性はアンドレーフレベルよりも強く,高い透過率を示す。 さらに、単一準粒子遷移の分光により、77MHzのスピン-光子結合を持つスピン-軌道分割アンドレエフ境界状態が明らかになる。

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