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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.11929v2
• Date: Sun, 2 Jul 2023 18:26:16 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-04 15:01:49.037564
• 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
• Authors: Benjamin J. Chapman, Stijn J. de Graaf, Sophia H. Xue, Yaxing Zhang, James Teoh, Jacob C. Curtis, Takahiro Tsunoda, Alec Eickbusch, Alexander P. Read, Akshay Koottandavida, Shantanu O. Mundhada, Luigi Frunzio, M. H. Devoret, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf
• 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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