論文の概要: Observation of Josephson Harmonics in Tunnel Junctions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.09192v2
- Date: Tue, 22 Aug 2023 15:55:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-23 14:57:28.034387
- Title: Observation of Josephson Harmonics in Tunnel Junctions
- Title（参考訳）: トンネル接合におけるジョセフソン高調波の観測
- Authors: Dennis Willsch, Dennis Rieger, Patrick Winkel, Madita Willsch,
Christian Dickel, Jonas Krause, Yoichi Ando, Rapha\"el Lescanne, Zaki
Leghtas, Nicholas T. Bronn, Pratiti Deb, Olivia Lanes, Zlatko K. Minev,
Benedikt Dennig, Simon Geisert, Simon G\"unzler, S\"oren Ihssen, Patrick
Paluch, Thomas Reisinger, Roudy Hanna, Jin Hee Bae, Peter Sch\"uffelgen,
Detlev Gr\"utzmacher, Luiza Buimaga-Iarinca, Cristian Morari, Wolfgang
Wernsdorfer, David P. DiVincenzo, Kristel Michielsen, Gianluigi Catelani,
Ioan M. Pop
- Abstract要約: 世界最大の量子プロセッサを含む最先端技術では、非線形性の源としてアルミニウム酸化物(AlO$_x$)トンネルジョセフソン接合(JJs)を採用している。
ここでは、標準のC$varphi$Rがトランスモン人工原子のエネルギースペクトルを正確に記述できないことを示す。
これらをトランスモンハミルトニアンに含めることで、計算されたエネルギースペクトルと測定されたエネルギースペクトルの間で、桁違いに良い一致が得られる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9263754304004778
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Superconducting quantum processors have a long road ahead to reach
fault-tolerant quantum computing. One of the most daunting challenges is taming
the numerous microscopic degrees of freedom ubiquitous in solid-state devices.
State-of-the-art technologies, including the world's largest quantum
processors, employ aluminum oxide (AlO$_x$) tunnel Josephson junctions (JJs) as
sources of nonlinearity, assuming an idealized pure $\sin\varphi$ current-phase
relation (C$\varphi$R). However, this celebrated $\sin\varphi$ C$\varphi$R is
only expected to occur in the limit of vanishingly low-transparency channels in
the AlO$_x$ barrier. Here we show that the standard C$\varphi$R fails to
accurately describe the energy spectra of transmon artificial atoms across
various samples and laboratories. Instead, a mesoscopic model of tunneling
through an inhomogeneous AlO$_x$ barrier predicts %-level contributions from
higher Josephson harmonics. By including these in the transmon Hamiltonian, we
obtain orders of magnitude better agreement between the computed and measured
energy spectra. The reality of Josephson harmonics transforms qubit design and
prompts a reevaluation of models for quantum gates and readout, parametric
amplification and mixing, Floquet qubits, protected Josephson qubits, etc. As
an example, we show that engineered Josephson harmonics can reduce the charge
dispersion and the associated errors in transmon qubits by an order of
magnitude, while preserving anharmonicity.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子プロセッサは、フォールトトレラント量子コンピューティングに到達するための長い道のりがある。
最も厄介な課題の1つは、固体デバイスにおいてユビキタスな多数の微小な自由度を変化させることである。
世界最大の量子プロセッサを含む最先端の技術は、酸化アルミニウム (alo$_x$) トンネルジョセフソン接合 (jjs) を非線形の源とし、理想化された純粋な$\sin\varphi$電流相関係 (c$\varphi$r) を仮定している。
しかし、この祝福された$\sin\varphi$ C$\varphi$RはAlO$_x$障壁における驚くほど低い透過性チャネルの極限でしか発生しない。
ここで、標準 c$\varphi$r は、様々なサンプルや実験室におけるトランスモン人工原子のエネルギースペクトルを正確に記述できないことを示す。
代わりに、不均一な alo$_x$ 障壁を通るトンネルのメソスコピックモデルは、より高いジョセフソン高調波からの%レベルの寄与を予測する。
これらをトランスモンハミルトニアンに含めることで、計算されたエネルギースペクトルと測定されたエネルギースペクトルの間で、桁違いに良い一致が得られる。
ジョセフソン調和の現実は量子ビットの設計を変換し、量子ゲートと読み出し、パラメトリック増幅と混合、フロッケ量子ビット、保護ジョセフソン量子ビットなどのモデルの再評価を促す。
例えば、技術者のジョセフソン・ハーモニクスは、非調和性を保ちながら、トランスモン量子ビットにおける電荷分散と関連する誤差を桁違いに低減できることを示す。
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