論文の概要: Quasiparticle Poisoning of Superconducting Qubits from Resonant
Absorption of Pair-breaking Photons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.06577v1
- Date: Sun, 13 Mar 2022 05:54:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-22 05:40:05.855361
- Title: Quasiparticle Poisoning of Superconducting Qubits from Resonant
Absorption of Pair-breaking Photons
- Title（参考訳）: パイルブレーキング光子の共鳴吸収による超伝導量子の準粒子捕集
- Authors: Chuan-Hong Liu, David C. Harrison, Shravan Patel, Christopher D.
Wilen, Owen Rafferty, Abigail Shearrow, Andrew Ballard, Vito Iaia, Jaseung
Ku, Britton L.T. Plourde, Robert McDermott
- Abstract要約: 超伝導量子ビットにおける準粒子中毒のメカニズムは、量子ビット接合部における高エネルギー光子の直接吸収であることを示す。
この物理学の深い理解は、次世代超伝導量子ビットの実現の道を開くだろう。
- 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: The ideal superconductor provides a pristine environment for the delicate
states of a quantum computer: because there is an energy gap to excitations,
there are no spurious modes with which the qubits can interact, causing
irreversible decay of the quantum state. As a practical matter, however, there
exists a high density of excitations out of the superconducting ground state
even at ultralow temperature; these are known as quasiparticles. Observed
quasiparticle densities are of order 1~$\mu$m$^{-3}$, tens of orders of
magnitude larger than the equilibrium density expected from theory.
Nonequilibrium quasiparticles extract energy from the qubit mode and induce
discrete changes in qubit offset charge, a potential source of dephasing. Here
we show that a dominant mechanism for quasiparticle poisoning in
superconducting qubits is direct absorption of high-energy photons at the qubit
junction. We use a Josephson junction-based photon source to controllably dose
qubit circuits with millimeter-wave radiation, and we use an interferometric
quantum gate sequence to reconstruct the charge parity on the qubit island. We
find that the structure of the qubit itself acts as a resonant antenna for
millimeter-wave radiation, providing an efficient path for photons to generate
quasiparticle excitations. A deep understanding of this physics will pave the
way to realization of next-generation superconducting qubits that are robust
against quasiparticle poisoning and could enable a new class of quantum sensors
for dark matter detection.
- Abstract（参考訳）: 理想的な超伝導体は、量子コンピュータの繊細な状態に対して原始的な環境を提供する:励起にエネルギーギャップがあるため、量子ビットが相互作用できる刺激モードがなく、量子状態の不可逆的な崩壊を引き起こす。
しかし、実用上、超低温でも超伝導基底状態から励起される密度は高く、準粒子と呼ばれる。
観測された準粒子密度は、1〜$\mu$m$^{-3}$であり、理論から期待される平衡密度よりも数十桁大きい。
非平衡準粒子は、クォービットモードからエネルギーを抽出し、劣化の潜在的な源であるクォービットオフセット電荷の離散的な変化を誘導する。
ここで, 超伝導量子ビットにおける準粒子中毒の主なメカニズムは, 量子ビット接合部における高エネルギー光子の直接吸収である。
我々はジョセフソン接合型光子源を用いて、ミリ波放射による量子ビット回路の帯電を制御し、量子ゲートシーケンスを用いてクビット島の電荷パリティを再構成する。
量子ビット自体の構造はミリ波放射の共振アンテナとして働き、光子が準粒子励起を生成するための効率的な経路を提供する。
この物理学の深い理解は、準粒子中毒に対して堅牢であり、暗黒物質検出のための新しい種類の量子センサーを可能にする次世代超伝導量子ビットの実現の道を開くだろう。
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