論文の概要: A critical Schr\"odinger cat qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.04928v3
- Date: Mon, 27 Mar 2023 14:48:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-29 03:05:11.807317
- Title: A critical Schr\"odinger cat qubit
- Title（参考訳）: 批判的schr\"odinger cat qubit
- Authors: Luca Gravina, Fabrizio Minganti, Vincenzo Savona
- Abstract要約: 猫量子ビットでは、この多様体を安定化させるために、2光子駆動と損失を組み合わせた工学的な散逸方式が用いられている。
高性能ゲートを設計できるKerr cat qubitsでは、2光子駆動とKerr非線形性が協調してシステムを閉じ込める。
大規模なデチューニングと小さいが無視できない2光子損失率は、最適な性能を達成するのに不可欠であることを示す。
- 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: Encoding quantum information onto bosonic systems is a promising route to
quantum error correction. In a cat code, this encoding relies on the
confinement of the system's dynamics onto the two-dimensional manifold spanned
by Schr\"odinger cats of opposite parity. In dissipative cat qubits, an
engineered dissipation scheme combining two-photon drive and loss has been used
to autonomously stabilize this manifold, ensuring passive protection against
bit-flip errors, regardless of their origin. In Kerr cat qubits, where
highly-performing gates can be engineered, two-photon drive and Kerr
nonlinearity cooperate to confine the system to a two-fold degenerate ground
state manifold spanned by cats of opposite parity. Dissipative, Hamiltonian,
and hybrid confinements have been investigated at resonance. Here, we propose a
critical cat code, where both two-photon loss and Kerr nonlinearity are
present, and the two-photon drive is allowed to be out of resonance. The
performance of this code is assessed via the spectral theory of Liouvillians in
all configurations, from the purely dissipative to the Kerr limit. We show that
large detunings and small, but non-negligible, two-photon loss rates are
fundamental to achieve optimal performance. We demonstrate that the competition
between nonlinearity and detuning results in a first-order dissipative phase
transition, leading to a squeezed vacuum steady state. To achieve the maximal
suppression of the logical bit-flip rate requires initializing the system in
the metastable state emerging from the first-order transition, and we detail a
protocol to do so. Efficiently operating over a broad range of detuning values,
the critical cat code is particularly resistant to random frequency shifts
characterizing multiple-qubit operations, opening venues for the realization of
reliable protocols for scalable and concatenated bosonic qubit architectures.
- Abstract（参考訳）: ボソニックシステムに量子情報をエンコードすることは、量子誤り訂正への有望な経路である。
猫コードでは、このエンコーディングはシステムのダイナミクスを、反対のパリティのシュル=オディンガー・キャッツ(schr\"odinger cats)にまたがる2次元多様体に閉じ込めることに依存している。
消散性猫量子ビットでは、2光子駆動と損失を組み合わせた工学的な消散方式が、この多様体を自律的に安定化させ、その起源に関係なくビットフリップ誤差に対する受動的保護を確保している。
高い性能のゲートを設計できるKerr cat qubitsでは、2光子駆動とKerr非線形性が協力して、反対のパリティの猫に分散された2倍の縮退基底状態多様体にシステムを閉じ込める。
散逸性、ハミルトニアン、ハイブリッド閉じ込めは共鳴で研究されている。
そこで本研究では, 2光子損失とkerr非線形性の両方が存在する臨界猫符号を提案し, 2光子駆動の共振を許容する。
この符号の性能は、すべての構成におけるリウヴィリアンのスペクトル理論(純粋散逸からカー極限まで)によって評価される。
大規模なデチューニングと小さいが無視できない2光子損失率は、最適な性能を達成するのに不可欠であることを示す。
非線形性とデチューニングの競合は一階の散逸相転移を生じさせ、真空定常状態が圧縮されることを実証する。
論理ビットフリップレートの最大抑制を達成するには、一階遷移から生じる準安定状態においてシステムを初期化する必要がある。
幅広いデチューニング値の操作を効果的に行うため、臨界猫符号は特に複数の量子ビット演算を特徴付けるランダムな周波数シフトに耐性があり、スケーラブルで連結されたボソニックキュービットアーキテクチャのための信頼性の高いプロトコルを実現するための場所を開く。
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