論文の概要: A high on-off ratio beamsplitter interaction for gates on bosonically encoded qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.11929v1
• Date: Thu, 22 Dec 2022 18:07:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-01-09 05:01:05.135247
• Title: A high on-off ratio beamsplitter interaction for gates on bosonically encoded qubits
• Title（参考訳）: ボゾン符号化量子ビット上のゲートの高オンオフ比ビームスプリッター相互作用
• Abstract要約: 高品質の超伝導マイクロ波空洞における量子ビットは、単一のデバイスで最初のエラー補正を行う機会を提供する。 我々は3波混合結合素子を用いて1オクターブ以上の周波数で分離された2つのボゾンモード間のプログラム可能なビームスプリッタ相互作用を設計する。 次に,2つのボソニックモードのSWAPに対して,トランスモンが制御ビットを提供するレシエーション$g_bsapproxchi$におけるハイブリッド制御SWAP演算を実現するための新しいプロトコルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.96261204117952
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Encoding a qubit in a high quality superconducting microwave cavity offers the opportunity to perform the first layer of error correction in a single device, but presents a challenge: how can quantum oscillators be controlled while introducing a minimal number of additional error channels? We focus on the two-qubit portion of this control problem by using a 3-wave mixing coupling element to engineer a programmable beamsplitter interaction between two bosonic modes separated by more than an octave in frequency, without introducing major additional sources of decoherence. Combining this with single-oscillator control provided by a dispersively coupled transmon provides a framework for quantum control of multiple encoded qubits. The beamsplitter interaction $g_\text{bs}$ is fast relative to the timescale of oscillator decoherence, enabling over $10^3$ beamsplitter operations per coherence time, and approaching the typical rate of the dispersive coupling $\chi$ used for individual oscillator control. Further, the programmable coupling is engineered without adding unwanted interactions between the oscillators, as evidenced by the high on-off ratio of the operations, which can exceed $10^5$. We then introduce a new protocol to realize a hybrid controlled-SWAP operation in the regime $g_{bs}\approx\chi$, in which a transmon provides the control bit for the SWAP of two bosonic modes. Finally, we use this gate in a SWAP test to project a pair of bosonic qubits into a Bell state with measurement-corrected fidelity of $95.5\% \pm 0.2\%$.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットを高品質の超伝導マイクロ波空洞にエンコードすることで、1つのデバイスで最初のエラー補正を行う機会が得られるが、量子発振器を最小限のエラーチャネルを導入しながら制御する方法が課題となる。 本研究では3波混合結合素子を用いて1オクターブ以上の周波数で分離された2つのボソニックモード間のプログラム可能なビームスプリッタ相互作用を設計し,この制御問題の2ビット部分に着目した。 これを分散結合トランスモンによって提供される単一オシレータ制御と組み合わせることで、複数の符号化量子ビットの量子制御のためのフレームワークを提供する。 ビームスプリッター相互作用 $g_\text{bs}$ は発振子のデコヒーレンスの時間スケールと比較して高速であり、コヒーレンス時間あたり10^3$のビームスプリッター操作が可能であり、個々の発振器制御に使用される分散結合 $\chi$ の典型的な速度に近づく。 さらに、10^5$を超える操作のオンオフ比が示すように、プログラマブル結合は、発振器間の望ましくない相互作用を加えることなく設計される。 次に,2つのボソニックモードのSWAPに対して,トランスモンが制御ビットを提供するレシエーション$g_{bs}\approx\chi$におけるハイブリッド制御SWAP演算を実現するための新しいプロトコルを提案する。 最後に、このゲートをSWAPテストで使用し、1対のボソニック量子ビットを9,5\% \pm 0.2\%$の精度でベル状態に投影する。

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