論文の概要: Fast Universal Control of an Oscillator with Weak Dispersive Coupling to a Qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.06414v2
• Date: Fri, 11 Feb 2022 02:33:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-08 09:51:41.455453
• Title: Fast Universal Control of an Oscillator with Weak Dispersive Coupling to a Qubit
• Title（参考訳）: 量子ビットへの弱分散結合を有する発振器の高速ユニバーサル制御
• Authors: Alec Eickbusch, Volodymyr Sivak, Andy Z. Ding, Salvatore S. Elder, Shantanu R. Jha, Jayameenakshi Venkatraman, Baptiste Royer, S. M. Girvin, Robert J. Schoelkopf, Michel H. Devoret
• Abstract要約: 素非線形相互作用の関連する速度がデコヒーレンスの最も速い速度に匹敵する量子系の普遍的な制御を実証する。 また、二項法およびゴッテマン・キタエフ・プレスキル量子誤り訂正符号に対する高速な測定不要な論理状態の準備を実証する。
• 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: A controlled evolution generated by nonlinear interactions is required to perform full manipulation of a quantum system, and such control is only coherent when the rate of nonlinearity is large compared to the rate of decoherence. As a result, engineered quantum systems typically rely on a bare nonlinearity much stronger than all decoherence rates, and this hierarchy is usually assumed to be necessary. In this work, we challenge this assumption by demonstrating the universal control of a quantum system where the relevant rate of bare nonlinear interaction is comparable to the fastest rate of decoherence. We do this by introducing a novel noise-resilient protocol for the universal quantum control of a nearly-harmonic oscillator that takes advantage of an in-situ enhanced nonlinearity instead of harnessing a bare nonlinearity. Our experiment consists of a high quality-factor microwave cavity with weak-dispersive coupling to a much lower quality superconducting qubit. By using strong drives to temporarily excite the oscillator, we realize an amplified three-wave-mixing interaction, achieving typical operation speeds over an order of magnitude faster than expected from the bare dispersive coupling. Our demonstrations include preparation of a single-photon state with $98\pm 1(\%)$ fidelity and preparation of squeezed vacuum with a squeezing level of $11.1$ dB, the largest intracavity squeezing reported in the microwave regime. Finally, we also demonstrate fast measurement-free preparation of logical states for the binomial and Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) quantum error-correcting codes.
• Abstract（参考訳）: 非線形相互作用によって生成される制御された進化は、量子系の完全な操作を行うために必要であり、そのような制御は、非一貫性の速度よりも非線形性の速度が大きい場合にのみコヒーレントである。 結果として、工学的な量子システムは通常、全ての非一貫性率よりも非常に強い素の非線形性に依存しており、この階層構造は必要と仮定される。 本研究では,非線型相互作用の関連する速度がデコヒーレンス速度に匹敵する量子システムの普遍的な制御を示すことにより,この仮定に挑戦する。 非線形性を利用する代わりに、その場で強化された非線形性を利用するニアハーモニック振動子の普遍的な量子制御のための新しい耐雑音性プロトコルを導入する。 実験は、より低品質の超伝導量子ビットに弱い分散結合を持つ高品質マイクロ波共振器からなる。 振動子を一時的に励起するために強駆動を用いることで、増幅された3波混合相互作用を実現し、素分散結合から期待されるよりも高速に典型的な動作速度を実現する。 我々の実証には、9,8\pm 1(\%)の忠実度を持つ単一光子状態の調製と、マイクロ波系で報告されている最大の空洞内スクイーズである11.1ドルdBのスクイーズレベルのスクイーズ真空の調製が含まれる。 最後に、二項項およびゴッテマン・キタエフ・プレスキル(GKP)量子誤り訂正符号に対する高速な測定不要な論理状態の準備を実証する。

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