論文の概要: Mitigation of quasiparticle loss in superconducting qubits by phonon
scattering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.12754v1
- Date: Tue, 26 Jul 2022 09:02:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-03 17:12:48.388874
- Title: Mitigation of quasiparticle loss in superconducting qubits by phonon
scattering
- Title（参考訳）: フォノン散乱による超伝導量子ビットの準粒子損失の緩和
- Authors: Arno Bargerbos, Lukas Johannes Splitthoff, Marta Pita-Vidal, Jaap J.
Wesdorp, Yu Liu, Peter Krogstrup, Leo P. Kouwenhoven, Christian Kraglund
Andersen, Lukas Gr\"unhaupt
- Abstract要約: 超伝導量子ビットでは、誤差が空間と時間に十分な相関がないという仮定は電離放射線によって破られる。
潜在的な緩和技術は、通常の金属や超伝導金属の大量をデバイスに配置し、量子ビットの超伝導ギャップの下までフォノンエネルギーを減少させることである。
電離放射線の相関誤差に対する超伝導量子ビットプロセッサの保護における本手法の有効性について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.959938599901649
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum error correction will be an essential ingredient in realizing
fault-tolerant quantum computing. However, most correction schemes rely on the
assumption that errors are sufficiently uncorrelated in space and time. In
superconducting qubits this assumption is drastically violated in the presence
of ionizing radiation, which creates bursts of high energy phonons in the
substrate. These phonons can break Cooper-pairs in the superconductor and,
thus, create quasiparticles over large areas, consequently reducing qubit
coherence across the quantum device in a correlated fashion. A potential
mitigation technique is to place large volumes of normal or superconducting
metal on the device, capable of reducing the phonon energy to below the
superconducting gap of the qubits. To investigate the effectiveness of this
method we fabricate a quantum device with four nominally identical
nanowire-based transmon qubits. On the device, half of the
niobium-titanium-nitride ground plane is replaced with aluminum (Al), which has
a significantly lower superconducting gap. We deterministically inject high
energy phonons into the substrate by voltage biasing a galvanically isolated
Josephson junction. In the presence of the low gap material, we find a factor
of 2-5 less degradation in the injection-dependent qubit lifetimes, and observe
that undesired excited qubit state population is mitigated by a similar factor.
We furthermore turn the Al normal with a magnetic field, finding no change in
the phonon-protection. This suggests that the efficacy of the protection in our
device is not limited by the size of the superconducting gap in the Al ground
plane. Our results provide a promising foundation for protecting
superconducting qubit processors against correlated errors from ionizing
radiation.
- Abstract（参考訳）: 量子誤差補正はフォールトトレラント量子コンピューティングを実現する上で必須の要素となる。
しかし、ほとんどの補正スキームは、誤差が空間と時間に十分な相関がないという仮定に依存している。
超伝導量子ビットでは、この仮定は電離放射線の存在下で著しく破られ、基板に高エネルギーフォノンのバーストが発生する。
これらのフォノンは超伝導体のクーパー対を破り、したがって大きな領域に準粒子を作り、量子デバイス全体のクビットコヒーレンスを相関的に減少させる。
潜在的な緩和技術は、デバイス上に大量の正常金属または超伝導金属を配置し、量子ビットの超伝導ギャップより低いフォノンエネルギーを還元することである。
本手法の有効性を検討するため,ナノワイヤを用いた4つのトランスモン量子ビットを用いた量子デバイスを作製した。
この装置では、ニオブ-チタン-窒化物平面の半分がアルミニウム(al)に置き換えられ、超伝導ギャップが著しく低い。
電気的分離されたジョセフソン接合部を電圧バイアスすることで,高エネルギーフォノンを基板に注入する。
低ギャップ物質の存在下では, インジェクション依存量子ビット寿命における分解係数は2～5未満であり, 好ましくない励起量子ビット状態の人口が類似因子によって軽減されるのを観察する。
さらに,alノーマルを磁場で回転させ,フォノン保護に変化はみられなかった。
このことから,本装置の保護効果は,al地中における超伝導ギャップの大きさに制限されないことが示唆された。
本研究は, 超伝導量子ビットプロセッサを電離放射線の相関誤差から保護するための有望な基盤を提供する。
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