We demonstrate strong coupling of gigahertz-frequency nanomechanical resonators to a frequency-tunable superconducting microwave resonator via a galvanically bonded flip-chip method. By tuning the microwave resonator with an external magnetic field, we observe a series of hybridized microwave-mechanical modes and report coupling strengths of at cryogenic temperatures. The demonstrated multi-chip approach provides flexible rapid characterization and simplified fabrication and could potentially enable coupling between a variety of quantum systems. Our work represents a step toward a plug-and-play architecture for building more complex hybrid quantum systems.
REFERENCES
1.
A. A.
Clerk
,
K. W.
Lehnert
,
P.
Bertet
,
J. R.
Petta
, and
Y.
Nakamura
, Nat. Phys.
16
, 257
(2020
).2.
D.
Mason
,
J.
Chen
,
M.
Rossi
,
Y.
Tsaturyan
, and
A.
Schliesser
, Nat. Phys.
15
, 745
(2019
).3.
M.
Pechal
,
P.
Arrangoiz-Arriola
, and
A. H.
Safavi-Naeini
, Quantum Sci. Technol.
4
, 015006
(2018
).4.
C. T.
Hann
,
C. L.
Zou
,
Y.
Zhang
,
Y.
Chu
,
R. J.
Schoelkopf
,
S. M.
Girvin
, and
L.
Jiang
, Phys. Rev. Lett.
123
, 250501
(2019
).5.
W.
Jiang
,
F. M.
Mayor
,
S.
Malik
,
R.
Van Laer
,
T. P.
McKenna
,
R. N.
Patel
,
J. D.
Witmer
, and
A. H.
Safavi-Naeini
, Nat. Phys.
(published online 2023).6.
S.
Meesala
,
S.
Wood
,
D.
Lake
,
P.
Chiappina
,
C.
Zhong
,
A. D.
Beyer
,
M. D.
Shaw
,
L.
Jiang
, and
O.
Painter
, arXiv:2303.17684 (2023
).7.
M. J.
Weaver
,
P.
Duivestein
,
A. C.
Bernasconi
,
S.
Scharmer
,
M.
Lemang
,
T. C.
van Thiel
,
F.
Hijazi
,
B.
Hensen
,
S.
Gröblacher
, and
R.
Stockill
, arXiv:2210.15702 (2022
).8.
M.
Mirhosseini
,
A.
Sipahigil
,
M.
Kalaee
, and
O.
Painter
, Nature
588
, 599
(2020
).9.
W.
Jiang
,
C. J.
Sarabalis
,
Y. D.
Dahmani
,
R. N.
Patel
,
F. M.
Mayor
,
T. P.
McKenna
,
R.
Van Laer
, and
A. H.
Safavi-Naeini
, Nat. Commun.
11
(1
), 1166
(2020
).10.
X.
Han
,
W.
Fu
,
C.
Zhong
,
C.-L.
Zou
,
Y.
Xu
,
A. A.
Sayem
,
M.
Xu
,
S.
Wang
,
R.
Cheng
,
L.
Jiang
et al, Nat. Commun.
11
, 3237
(2020
).11.
X.
Han
,
W.
Fu
,
C.-L.
Zou
,
L.
Jiang
, and
H. X.
Tang
, Optica
8
, 1050
(2021
).12.
A.
Blais
,
R. S.
Huang
,
A.
Wallraff
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
, Phys. Rev. A
69
, 062320
(2004
).13.
A.
Wallraff
,
D. I.
Schuster
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
R. S.
Huang
,
J.
Majer
,
S.
Kumar
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
, Nature
431
, 162
(2004
).14.
H.
Paik
,
D. I.
Schuster
,
L. S.
Bishop
,
G.
Kirchmair
,
G.
Catelani
,
A. P.
Sears
,
B. R.
Johnson
,
M. J.
Reagor
,
L.
Frunzio
,
L. I.
Glazman
,
S. M.
Girvin
,
M. H.
Devoret
, and
R. J.
Schoelkopf
, Phys. Rev. Lett.
107
, 240501
(2011
).15.
C.
Wang
,
Y. Y.
Gao
,
I. M.
Pop
,
U.
Vool
,
C.
Axline
,
T.
Brecht
,
R. W.
Heeres
,
L.
Frunzio
,
M. H.
Devoret
,
G.
Catelani
,
L. I.
Glazman
, and
R. J.
Schoelkopf
, Nat. Commun.
5
, 5836
(2014
).16.
K.
Satzinger
,
C.
Conner
,
A.
Bienfait
,
H.-S.
Chang
,
M.-H.
Chou
,
A.
Cleland
,
É.
Dumur
,
J.
Grebel
,
G.
Peairs
,
R.
Povey
et al, Appl. Phys. Lett.
114
, 173501
(2019
).17.
C.
Conner
,
A.
Bienfait
,
H.-S.
Chang
,
M.-H.
Chou
,
É.
Dumur
,
J.
Grebel
,
G.
Peairs
,
R.
Povey
,
H.
Yan
,
Y.
Zhong
et al, Appl. Phys. Lett.
118
, 232602
(2021
).18.
Y.
Chu
,
P.
Kharel
,
W. H.
Renninger
,
L. D.
Burkhart
,
L.
Frunzio
,
P. T.
Rakich
, and
R. J.
Schoelkopf
, Science
358
, 199
(2017
).19.
Y.
Chu
,
P.
Kharel
,
T.
Yoon
,
L.
Frunzio
,
P. T.
Rakich
, and
R. J.
Schoelkopf
, Nature
563
, 666
(2018
).20.
P.
Arrangoiz-Arriola
,
E. A.
Wollack
,
M.
Pechal
,
J. D.
Witmer
,
J. T.
Hill
, and
A. H.
Safavi-Naeini
, Phys. Rev. X
8
, 031007
(2018
).21.
K. J.
Satzinger
,
Y.
Zhong
,
H.-S.
Chang
,
G. A.
Peairs
,
A.
Bienfait
,
M.-H.
Chou
,
A.
Cleland
,
C. R.
Conner
,
É.
Dumur
,
J.
Grebel
et al, Nature
563
, 661
(2018
).22.
P.
Arrangoiz-Arriola
,
E. A.
Wollack
,
Z.
Wang
,
M.
Pechal
,
W.
Jiang
,
T. P.
McKenna
,
J. D.
Witmer
,
R.
Van Laer
, and
A. H.
Safavi-Naeini
, Nature
571
, 537
(2019
).23.
L. R.
Sletten
,
B. A.
Moores
,
J. J.
Viennot
, and
K. W.
Lehnert
, Phys. Rev. X
9
, 021056
(2019
).24.
G.
Peterson
,
S.
Kotler
,
F.
Lecocq
,
K.
Cicak
,
X.
Jin
,
R.
Simmonds
,
J.
Aumentado
, and
J.
Teufel
, Phys. Rev. Lett.
123
, 247701
(2019
).25.
E. A.
Wollack
,
A. Y.
Cleland
,
R. G.
Gruenke
,
Z.
Wang
,
P.
Arrangoiz-Arriola
, and
A. H.
Safavi-Naeini
, Nature
604
, 463
(2022
).26.
A.
Bienfait
,
K. J.
Satzinger
,
Y.
Zhong
,
H.-S.
Chang
,
M.-H.
Chou
,
C. R.
Conner
,
É.
Dumur
,
J.
Grebel
,
G. A.
Peairs
,
R. G.
Povey
et al, Science
364
, 368
(2019
).27.
S.
Chakram
,
A. E.
Oriani
,
R. K.
Naik
,
A. V.
Dixit
,
K.
He
,
A.
Agrawal
,
H.
Kwon
, and
D. I.
Schuster
, Phys. Rev. Lett.
127
, 107701
(2021
).28.
A.
Suleymanzade
,
A.
Anferov
,
M.
Stone
,
R. K.
Naik
,
A.
Oriani
,
J.
Simon
, and
D.
Schuster
, Appl. Phys. Lett.
116
, 104001
(2020
).29.
S.
Haroche
,
M.
Brune
, and
J. M.
Raimond
, Nat. Phys.
16
, 243
(2020
).30.
M.
Wu
,
E.
Zeuthen
,
K. C.
Balram
, and
K.
Srinivasan
, Phys. Rev. Appl.
13
, 014027
(2020
).31.
R.
Stockill
,
M.
Forsch
,
F.
Hijazi
,
G.
Beaudoin
,
K.
Pantzas
,
I.
Sagnes
,
R.
Braive
, and
S.
Gröblacher
, Nat. Commun.
13
, 6583
(2022
).32.
M.
Xu
,
X.
Han
,
W.
Fu
,
C.-L.
Zou
, and
H. X.
Tang
, Appl. Phys. Lett.
114
, 192601
(2019
).33.
E. A.
Wollack
,
A. Y.
Cleland
,
P.
Arrangoiz-Arriola
,
T. P.
McKenna
,
R. G.
Gruenke
,
R. N.
Patel
,
W.
Jiang
,
C. J.
Sarabalis
, and
A. H.
Safavi-Naeini
, Appl. Phys. Lett.
118
, 123501
(2021
).34.
X.
Li
,
Y.
Zhang
,
C.
Yang
,
Z.
Li
,
J.
Wang
,
T.
Su
,
M.
Chen
,
Y.
Li
,
C.
Li
,
Z.
Mi
et al, Appl. Phys. Lett.
119
, 184003
(2021
).35.
C. U.
Lei
,
L.
Krayzman
,
S.
Ganjam
,
L.
Frunzio
, and
R. J.
Schoelkopf
, Appl. Phys. Lett.
116
, 154002
(2020
).36.
B.
Foxen
,
J.
Mutus
,
E.
Lucero
,
R.
Graff
,
A.
Megrant
,
Y.
Chen
,
C.
Quintana
,
B.
Burkett
,
J.
Kelly
,
E.
Jeffrey
et al, Quantum Sci. Technol.
3
, 014005
(2018
).37.
D.
Rosenberg
,
D.
Kim
,
R.
Das
,
D.
Yost
,
S.
Gustavsson
,
D.
Hover
,
P.
Krantz
,
A.
Melville
,
L.
Racz
,
G.
Samach
et al, npj Quantum Inf.
3
, 42
(2017
).38.
S.
Kosen
,
H.-X.
Li
,
M.
Rommel
,
D.
Shiri
,
C.
Warren
,
L.
Grönberg
,
J.
Salonen
,
T.
Abad
,
J.
Biznárová
,
M.
Caputo
et al, Quantum Sci. Technol.
7
, 035018
(2022
).39.
40.
J.
Onuki
,
M.
Suwa
,
M.
Koizumi
, and
T.
Iizuka
, IEEE Trans. Compon., Hybrids, Manuf. Technol.
10
, 242
(1987
).41.
M. H. M.
Hizukuri
,
N. W. N.
Watanabe
, and
T. A. T.
Asano
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
40
, 3044
(2001
).42.
M.
Tani
,
H.
Watanabe
,
A.
Nishimura
,
S.
Kachi
,
N.
Katada
, and
S.
Sugiura
, Fujitsu Ten Tech. J.
34
, 19
(2010
), available at https://www.denso-ten.com/business/technicaljournal/pdf/34-3.pdf.43.
T.
Shuto
and
T.
Asano
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
54
, 030204
(2015
).© 2023 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.