論文の概要: Unimon qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.05896v2
• Date: Tue, 5 Apr 2022 14:16:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-22 09:33:19.212554
• Title: Unimon qubit
• Title（参考訳）: Unimon qubit
• Authors: Eric Hyypp\"a, Suman Kundu, Chun Fai Chan, Andr\'as Gunyh\'o, Juho Hotari, David Janzso, Kristinn Juliusson, Olavi Kiuru, Janne Kotilahti, Alessandro Landra, Wei Liu, Fabian Marxer, Akseli M\"akinen, Jean-Luc Orgiazzi, Mario Palma, Mykhailo Savytskyi, Francesca Tosto, Jani Tuorila, Vasilii Vadimov, Tianyi Li, Caspar Ockeloen-Korppi, Johannes Heinsoo, Kuan Yen Tan, Juha Hassel and Mikko M\"ott\"onen
• Abstract要約: 超伝導量子ビットは、量子コンピュータを実装する最も有望な候補の1つである。 本稿では,高非線形性,dc電荷雑音に対する完全な感度,フラックス雑音に対する感度,共振器内の1つのジョセフソン接合のみからなる単純な構造を結合した超伝導量子ビット型ユニモンについて紹介し,実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 42.83899285555746
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Superconducting qubits are one of the most promising candidates to implement quantum computers. The superiority of superconducting quantum computers over any classical device in simulating random but well-determined quantum circuits has already been shown in two independent experiments and important steps have been taken in quantum error correction. However, the currently wide-spread qubit designs do not yet provide high enough performance to enable practical applications or efficient scaling of logical qubits owing to one or several following issues: sensitivity to charge or flux noise leading to decoherence, too weak non-linearity preventing fast operations, undesirably dense excitation spectrum, or complicated design vulnerable to parasitic capacitance. Here, we introduce and demonstrate a superconducting-qubit type, the unimon, which combines the desired properties of high non-linearity, full insensitivity to dc charge noise, insensitivity to flux noise, and a simple structure consisting only of a single Josephson junction in a resonator. We measure the qubit frequency, $\omega_{01}/(2\pi)$, and anharmonicity $\alpha$ over the full dc-flux range and observe, in agreement with our quantum models, that the qubit anharmonicity is greatly enhanced at the optimal operation point, yielding, for example, 99.9% and 99.8% fidelity for 13-ns single-qubit gates on two qubits with $(\omega_{01},\alpha)=(4.49~\mathrm{GHz}, 434~\mathrm{ MHz})\times 2\pi$ and $(3.55~\mathrm{GHz}, 744~\mathrm{ MHz})\times 2\pi$, respectively. The energy relaxation time $T_1\lesssim 10~\mu\mathrm{s}$ is stable for hours and seems to be limited by dielectric losses. Thus, future improvements of the design, materials, and gate time may promote the unimon to break the 99.99% fidelity target for efficient quantum error correction and possible quantum advantage with noisy systems.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットは、量子コンピュータを実装する最も有望な候補の1つである。 ランダムだがよく決定された量子回路をシミュレートする古典的デバイスよりも超伝導量子コンピュータの優位性はすでに2つの独立した実験で示されており、量子誤り訂正において重要なステップが取られている。 しかし、現在の広帯域の量子ビット設計は、デコヒーレンスにつながる電荷やフラックスノイズへの感度、高速な操作を防ぎすぎる非線形性、望ましくない密度の励起スペクトル、寄生容量に弱い複雑な設計などの問題により、実用的な応用や効率的な論理量子ビットのスケーリングを実現するのに十分な性能を提供していない。 本稿では,高非線形性,dc電荷雑音に対する完全な感度,フラックス雑音に対する感度,共振器内の1つのジョセフソン接合のみからなる単純な構造を結合した超伝導量子ビット型ユニモンについて紹介し,実演する。 量子モデルと一致して、量子ビットのアンハーモニティは最適な演算点において大幅に向上しており、例えば、99.9% と 99.8% は、$(\omega_{01},\alpha)=(4.49~\mathrm{ghz}, 434~\mathrm{ mhz})\times 2\pi$ と $(3.55~\mathrm{ghz}, 744~\mathrm{ mhz})\times 2\pi$, $(3.55~\mathrm{ghz}, 744~\mathrm{ mhz})\times 2\pi$,$(3.55~\mathrm{ghz}, 744~\mathrm{ mhz})\times 2\pi$ である。 エネルギー緩和時間$T_1\lesssim 10~\mu\mathrm{s}$は数時間安定であり、誘電損失によって制限される。 したがって、設計、材料、ゲートタイムの将来の改良は、ノイズの多いシステムによる効率的な量子エラー補正と量子優位性のために99.99%の忠実度目標を破ることを促進する可能性がある。

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