論文の概要: Tutorial on Superconducting Quantum Circuits: From Basics to Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20913v1
• Date: Wed, 24 Dec 2025 03:36:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.664834
• Title: Tutorial on Superconducting Quantum Circuits: From Basics to Applications
• Title（参考訳）: 超伝導量子回路のチュートリアル-基礎から応用まで-
• Authors: Denys Derlian Carvalho Brito, Fernando Valadares, André Jorge Carvalho Chaves,
• Abstract要約: このチュートリアルは、学生レベルで超伝導量子回路の自己完結型教育的導入を提供する。 超伝導とジョセフソン効果の概要から始まり、マイクロ波回路の量子化を回路量子力学(cQED)の枠組みに体系的に展開する。 その後、トランスモン量子ビットは最先端の応用として導入され、ハミルトニアンとその制御および読み出し回路との相互作用を詳細に導出した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.99844472131922
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As superconducting circuits emerge as a leading platform for scalable quantum information processing, building comprehensive bridges from the foundational principles of macroscopic quantum phenomena to the architecture of modern quantum devices is increasingly essential for introducing new researchers to the field. This tutorial provides a self-contained, pedagogical introduction to superconducting quantum circuits at the undergraduate level. Beginning with an overview of superconductivity and the Josephson effect, the tutorial systematically develops the quantization of microwave circuits into the framework of circuit quantum electrodynamics (cQED). The transmon qubit is then introduced as a state-of-the-art application, with a detailed derivation of its Hamiltonian and its interaction with control and readout circuitry. The theoretical formalism is consolidated through a numerical simulation of vacuum Rabi oscillations in a driven transmon-resonator system, a canonical experiment that demonstrates the coherent energy exchange characteristic of the strong coupling regime. This work serves as a foundational guide and first point of contact, equipping students and researchers with the conceptual and mathematical tools necessary to understand and engineer superconducting quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 超伝導回路がスケーラブルな量子情報処理の先駆的なプラットフォームとして出現するにつれて、マクロ的な量子現象の基本原理から現代の量子デバイスアーキテクチャへの包括的ブリッジの構築は、新しい研究者をこの分野に導入する上でますます不可欠である。 このチュートリアルは、学生レベルで超伝導量子回路の自己完結型教育的導入を提供する。 超伝導とジョセフソン効果の概要から始まり、マイクロ波回路の量子化を回路量子力学(cQED)の枠組みに体系的に展開する。 その後、トランスモン量子ビットは最先端の応用として導入され、ハミルトニアンとその制御および読み出し回路との相互作用を詳細に導出した。 理論形式は、強い結合状態のコヒーレントエネルギー交換特性を示す正準実験である駆動トランスモン共振器系における真空ラビ振動の数値シミュレーションによって統合される。 この研究は基礎的なガイドと最初の接触点として機能し、超伝導量子ハードウェアの理解と設計に必要な概念的および数学的ツールを学生や研究者に提供した。

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