論文の概要: High-fidelity qubit readout using interferometric directional Josephson
devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.01918v2
- Date: Wed, 29 Sep 2021 14:16:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-17 08:43:08.805912
- Title: High-fidelity qubit readout using interferometric directional Josephson
devices
- Title（参考訳）: 干渉型指向性ジョセフソンデバイスを用いた高忠実量子ビット読み出し
- Authors: Baleegh Abdo, Oblesh Jinka, Nicholas T. Bronn, Salvatore Olivadese,
Markus Brink
- Abstract要約: 循環器やアイソレータなどの非相互マイクロ波デバイスは、高忠実な量子ビット読み出し方式で必要とされる。
我々はマイクロ波制御されたqubit-Readout Multi-Chipモジュールのリードアウトチェーンに採用している。
改良されたqRMCMは、大型超伝導量子プロセッサの磁気循環器やアイソレータを置き換えることができた。
- 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: Nonreciprocal microwave devices, such as circulators and isolators, are
needed in high-fidelity qubit readout schemes to unidirectionally route the
readout signals and protect the qubits against noise coming from the output
chain. However, cryogenic circulators and isolators are prohibitive in scalable
superconducting architectures because they rely on magnetic materials. Here, we
perform a fast (750 ns) high-fidelity (95%) quantum nondemolition readout of a
coherent superconducting qubit ($T_{1}=52$ $\mu s$, $T_{\rm{2E}}=35$ $\mu s$)
without any nonreciprocal magnetic devices. We employ in our readout chain a
microwave-controlled qubit-Readout Multi-Chip Module (qRMCM) that integrates
interferometric directional Josephson devices consisting of an isolator and a
reconfigurable isolator/amplifier device and an off-chip low-pass filter. Using
the qRMCM, we demonstrate isolation up to 45 dB within 13 MHz, when both
directional devices are operated as isolators, and low-noise amplification in
excess of 10 dB within a dynamical bandwidth of $10$ MHz, when the
reconfigurable device is operated as an amplifier. We also demonstrate using
the variable isolation of the qRMCM an in-situ enhancement of the qubit
coherence times $T_{\rm{\varphi}}$ and $T_{\rm{2E}}$ by two orders of magnitude
(i.e., from $T_{\rm{\varphi}}=T_{\rm{2E}}=0.5$ $\mu s$ to $T_{\rm{\varphi}}=90$
$\mu s$ and $T_{\rm{2E}}=50$ $\mu s$). Furthermore, by directly comparing the
qRMCM performance to a state-of-art configuration (with $T_{\rm{2E}}\approx
2T_{1}$) that employs a pair of wideband magnetic isolators, we find that the
excess pure dephasing measured with the qRMCM (for which $T_{\rm{2E}}\approx
T_{1}$) is likely limited by residual thermal photon population in the readout
resonator. Improved versions of the qRMCM could replace magnetic circulators
and isolators in large superconducting quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 循環器やアイソレータなどの非相互マイクロ波デバイスは、出力チェーンからのノイズに対して一方向の読み出し信号をルーティングし、キュービットを保護するために高忠実なキュービット読み出し方式を必要とする。
しかし、低温循環器やアイソレータは、磁気材料に依存するため、スケーラブルな超伝導アーキテクチャでは禁止されている。
ここでは、コヒーレントな超伝導量子ビット(t_{1}=52$$$\mu s$,$t_{\rm{2e}}=35$$$$\mu s$)の高速(750 ns)の高忠実(95%)な量子非復調再生を行う。
我々は,マイクロ波制御の量子ビット読み出しマルチチップモジュール(qrmcm)を用いて,アイソレータと再構成可能なアイソレータ/増幅器とオフチップローパスフィルタからなる干渉方向ジョセフソンデバイスを統合する。
このqrmcmを用いて,両指向性デバイスがアイソレータとして動作した場合に最大45dbの分離を行い,リコンフィグ可能な装置を増幅器として動作した場合に10mhzのダイナミック帯域内で10db以上の低ノイズ増幅を行う。
また、qRMCMの変数分離を用いて、qubit coherence times $T_{\rm{2E}}$と$T_{\rm{2E}}$を2桁の桁(例えば、$T_{\rm{\varphi}}=T_{\rm{2E}}=0.5$$\mu s$から$T_{\rm{\varphi}}=90$$$\mu s$と$T_{\rm{2E}}=50$$$\mu s$)で拡張することを示した。
さらに,qRMCMの性能を,一対の広帯域磁気アイソレータを用いた最先端構成($T_{\rm{2E}}\approx 2T_{1}$)と直接比較することにより,読み出し共振器の残留熱光子数によって,qRMCM($T_{\rm{2E}}\approx T_{1}$)で測定される過度な純劣化が抑制される可能性が示唆された。
改良されたqRMCMは、大型超伝導量子プロセッサの磁気循環器やアイソレータを置き換えることができた。
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