論文の概要: Charge dynamics in quantum-circuit refrigeration: thermalization and
microwave gain
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.04278v1
- Date: Fri, 9 Jul 2021 07:45:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-22 23:59:48.815488
- Title: Charge dynamics in quantum-circuit refrigeration: thermalization and
microwave gain
- Title（参考訳）: 量子回路冷凍における電荷動態:熱化とマイクロ波利得
- Authors: Hao Hsu, Matti Silveri, Vasilii Sevriuk, Mikko M\"ott\"onen, Gianluigi
Catelani
- Abstract要約: 通常の金属-絶縁体-超伝導接合を通した光子支援トンネルは、その場での量子電気回路の消散を制御する便利な手段となり得る。
ここでは、量子電気と電荷の自由度の両方を記述するマスター方程式を導出し、低温と低電荷エネルギーの典型的な実験パラメータが電荷と量子力学の時間スケールの分離をもたらすことを発見する。
- 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: Previous studies of photon-assisted tunneling through
normal-metal-insulator-superconductor junctions have exhibited potential for
providing a convenient tool to control the dissipation of quantum-electric
circuits in-situ. However, the current literature on such a quantum-circuit
refrigerator (QCR) does not present a detailed description for the charge
dynamics of the tunneling processes or the phase coherence of the open quantum
system. Here we derive a master equation describing both quantum-electric and
charge degrees of freedom, and discover that typical experimental parameters of
low temperature and yet lower charging energy yield a separation of time scales
for the charge and quantum dynamics. Consequently, the minor effect of the
different charge states can be taken into account by averaging over the charge
distribution. We also consider applying an ac voltage to the tunnel junction,
which enables control of the decay rate of a superconducting qubit over four
orders of magnitude by changing the drive amplitude; we find an
order-of-magnitude drop in the qubit excitation in 40 ns and a residual reset
infidelity below $10^{-4}$. Furthermore, for the normal island we consider the
case of charging energy and single-particle level spacing large compared to the
superconducting gap, i.e., a quantum dot. Although the decay rates arising from
such a dot QCR appear low for use in qubit reset, the device can provide
effective negative damping (gain) to the coupled microwave resonator. The Fano
factor of such a millikelvin microwave source may be smaller than unity, with
the latter value being reached close to the maximum attainable power.
- Abstract（参考訳）: 通常の金属-絶縁体-超導体接合による光子補助トンネルの研究は、量子電気回路の散逸をその場で制御するための便利なツールを提供する可能性を示した。
しかし、そのような量子回路冷凍機(QCR)に関する現在の文献では、トンネル過程の電荷ダイナミクスやオープン量子系の位相コヒーレンスについて詳細な記述は示されていない。
ここでは、量子電気と電荷の自由度の両方を記述するマスター方程式を導出し、低温と低電荷エネルギーの典型的な実験パラメータが電荷と量子力学の時間スケールの分離をもたらすことを発見する。
したがって、電荷分布を平均化することにより、異なる電荷状態のマイナーな効果を考慮に入れることができる。
また、交流電圧をトンネル接合に印加することにより、駆動振幅を変化させて超伝導量子ビットの減衰率を4桁以上制御可能とし、40 nsでの量子ビット励起の桁数低下と10^{-4}$以下の残留リセットを求める。
さらに、通常の島では、超伝導ギャップ、すなわち量子ドットに比べて電荷エネルギーと単一粒子レベルが大きな場合を考える。
このような点QCRから生じる減衰速度は量子ビットリセットにおいて低いように見えるが、結合マイクロ波共振器に効果的な負減衰(利得)を与えることができる。
そのようなミリケルビンマイクロ波源のファノ係数はユニティよりも小さくなり、後者の値は最大到達可能電力に近い値に達する。
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