論文の概要: Phononic bath engineering of a superconducting qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.07423v2
- Date: Thu, 6 Oct 2022 20:11:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-31 01:20:20.492455
- Title: Phononic bath engineering of a superconducting qubit
- Title（参考訳）: 超伝導量子ビットの光バス工学
- Authors: J. M. Kitzman, J. R. Lane, C. Undershute, P. M. Harrington, N. R.
Beysengulov, C. A. Mikolas, K. W. Murch, J. Pollanen
- Abstract要約: 適切に定義されたフォノンモードへの結合により、イオントラップアーキテクチャにおいて高接続のマルチキュービットゲートが実現される。
超伝導量子ビットと音速自由度との結合を正確に設計し制御することにより、超伝導回路上の新しい種類の量子制御が可能となることを示す。
- 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: Phonons, the ubiquitous quanta of vibrational energy, play a vital role in
the performance of many quantum technologies. Coupling to well-defined phonon
modes allows for highly-connected multi-qubit gates in ion trap architectures
as well as the generation of entangled states in systems of superconducting
qubits. Even when the phonons take the form of a large dissipative bath, an
irreversible flow of heat allows for state initialization critical to the
function of laser systems and the operation of optically active spin qubits.
Conversely, unintended coupling to phonons has been shown to degrade qubit
performance by generating decohering quasiparticles and leading to correlated
errors in superconducting qubit systems. Regardless of whether a phononic bath
plays an enabling or deleterious role, it is typically intrinsic to the system
and does not admit specific control over its spectral properties, nor the
possibility of engineering aspects of its dissipation to be used as a resource.
Here we show that by precisely designing and controlling the coupling of a
superconducting qubit to phononic degrees of freedom allows a new type of
quantum control over superconducting circuits. By shaping the loss spectrum of
the qubit via its coupling to a bath of lossy piezoelectric surface acoustic
wave phonons, we are able to prepare and stabilize arbitrary qubit states.
Additionally, we find that the presence of the energy-dependent loss imparted
onto the qubit by the phonons is well-described by a master equation treatment
of the composite system, with excellent agreement in both the qubit dynamics as
well as its steady state. Our results demonstrate the ability of engineered
phononic dissipation to achieve highly efficient qubit control.
- Abstract（参考訳）: 振動エネルギーのユビキタス量子であるフォノンは、多くの量子技術の性能において重要な役割を果たす。
適切に定義されたフォノンモードに結合することで、イオントラップアーキテクチャにおける高接続のマルチキュービットゲートと超伝導キュービット系の絡み合った状態の生成が可能になる。
フォノンが大きな散逸浴の形を取る場合でも、可逆的な熱の流れはレーザーシステムの機能や光学活性スピン量子ビットの操作に致命的な状態初期化を可能にする。
逆に、フォノンへの意図しない結合は、非結合な準粒子を生成して量子ビットの性能を低下させ、超伝導量子ビット系における相関誤差をもたらすことが示されている。
音波浴が許容されるか削除されるかは問わないが、典型的にはシステムに固有のものであり、スペクトル特性に対する特定の制御や、その散逸を資源として用いるための工学的側面は認めていない。
ここでは、超伝導量子ビットとフォノニック自由度との結合を精密に設計・制御することにより、超伝導回路上での新しいタイプの量子制御が可能になることを示す。
誘電体表面の損失波フォノンの浴槽への結合により、量子ビットの損失スペクトルを形成することにより、任意の量子ビット状態の調製と安定化が可能となる。
さらに、フォノンによって量子ビットに付与されるエネルギー依存損失の存在は、複合系のマスター方程式処理によってよく説明され、量子ビットダイナミクスと定常状態の両方に優れた一致が得られた。
本研究は,高効率な量子ビット制御を実現するために,音波散逸を設計できることを示す。
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