論文の概要: Observation of Josephson Harmonics in Tunnel Junctions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.09192v3
- Date: Mon, 11 Nov 2024 15:43:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-12 14:03:45.262639
- 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, Raphaël Lescanne, Zaki Leghtas, Nicholas T. Bronn, Pratiti Deb, Olivia Lanes, Zlatko K. Minev, Benedikt Dennig, Simon Geisert, Simon Günzler, Sören Ihssen, Patrick Paluch, Thomas Reisinger, Roudy Hanna, Jin Hee Bae, Peter Schüffelgen, Detlev Grützmacher, Luiza Buimaga-Iarinca, Cristian Morari, Wolfgang Wernsdorfer, David P. DiVincenzo, Kristel Michielsen, Gianluigi Catelani, Ioan M. Pop,
- Abstract要約: 最先端の超伝導量子ビットは酸化アルミニウム(AlO$_x$)トンネルジョセフソン接合を用いる。
標準電流相関係は, 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。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9181311783131562
- License:
- Abstract: Approaches to developing large-scale superconducting quantum processors must cope with the numerous microscopic degrees of freedom that are ubiquitous in solid-state devices. State-of-the-art superconducting qubits employ aluminum oxide (AlO$_x$) tunnel Josephson junctions as the sources of nonlinearity necessary to perform quantum operations. Analyses of these junctions typically assume an idealized, purely sinusoidal current-phase relation. However, this relation is only expected to hold in the limit of vanishingly low-transparency channels in the AlO$_x$ barrier. Here we show that the standard current-phase relation 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 percent-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 presence and impact of Josephson harmonics has important implications for developing AlO$_x$-based quantum technologies including quantum computers and parametric amplifiers. 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 their anharmonicity.
- Abstract（参考訳）: 大規模超伝導量子プロセッサの開発へのアプローチは、固体デバイスで広く見られる多数の顕微鏡的自由度に対処する必要がある。
最先端の超伝導量子ビットは、量子演算を行うのに必要な非線形性の源として、酸化アルミニウム(AlO$_x$)トンネルジョセフソン接合を用いる。
これらの接合の解析は典型的には理想化された純粋な正弦波電流-位相関係を仮定する。
しかし、この関係はAlO$_x$バリアにおいて、消えるほど低い透過性チャネルの限界にのみ耐えられると期待されている。
ここでは, 標準電流相関係は, 種々の試料および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$_x$障壁を通るメソスコピックなトンネルモデルが、より高いジョセフソン高調波からのパーセンテージ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・ハーモニクスの存在と影響は、量子コンピュータやパラメトリック増幅器を含むAlO$_x$ベースの量子技術を開発する上で重要な意味を持つ。
一例として、技術者のジョセフソン・ハーモニクスは、その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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