論文の概要: Fast, tunable, high fidelity cZ-gates between superconducting qubits with parametric microwave control of ZZ-coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.02907v3
• Date: Fri, 04 Oct 2024 18:40:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-08 13:12:08.196734
• Title: Fast, tunable, high fidelity cZ-gates between superconducting qubits with parametric microwave control of ZZ-coupling
• Title（参考訳）: ZZカップリングのパラメトリックマイクロ波制御による超伝導量子ビット間の高速、可変、高忠実cZゲート
• Authors: X. Y. Jin, K. Cicak, Z. Parrott, S. Kotler, F. Lecocq, J. Teufel, J. Aumentado, E. Kapit, R. W. Simmonds,
• Abstract要約: 超伝導量子ビットを用いた高フレキシブルパラメトリックカップリング方式を提案する。 完全に統合された2Dオンチップ・カプラの設計は、弱めの磁束調整しかできない。 ベンチマークの結果、パラメトリックSWAP c$Z$ gate は、平均忠実度が 99.44pm 0.09$% で、ゲート持続時間は 70ns であることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Future quantum information processors require tunable coupling architectures that can produce high fidelity logical gates between two or more qubits. Parametric coupling is a powerful technique for generating tunable interactions between many qubits. Here, we present a highly flexible parametric coupling scheme with superconducting qubits that provides complete removal of residual $ZZ$ coupling and the implementation of driven SWAP or SWAP-free controlled-$Z$ (c$Z$) gates. Our fully integrated, 2D on-chip coupler design is only weakly flux tunable, cancels static linear coupling between the qubits, avoids internal coupler dynamics or excitations, and is extensible to multi-qubit circuit-QED systems. Exploring gate fidelity versus gate duration allows us to maximize two-qubit gate fidelity, while providing insights into possible error sources for these gates. Randomized benchmarking over several hours reveals that the parametric SWAP c$Z$ gate achieves an average fidelity of $99.44\pm 0.09$\% in a gate duration of 70~ns and a dispersively driven parametric SWAP-free c$Z$ gate attains an average fidelity of $99.47\pm 0.07$\% in only 30~ns. The fidelity remained above this value for over 8~hours and peaked twice with a maximum of $99.67\pm 0.14$\%. Overall, our parametric approach combines versatility, precision, speed, and high performance in one compact coupler design.
• Abstract（参考訳）: 将来の量子情報プロセッサは2つ以上の量子ビット間の高忠実度論理ゲートを生成できるチューナブル結合アーキテクチャを必要とする。 パラメトリックカップリングは、多くの量子ビット間のチューナブル相互作用を生成するための強力な技術である。 本稿では, 超伝導量子ビットを用いた高フレキシブルパラメトリック結合方式を提案し, 残差$ZZ$結合の完全除去と駆動SWAPやSWAPフリー制御-$Z$ (c$Z$) ゲートの実装を行う。 完全に統合された2Dオンチップカプラの設計は、弱い磁束調整が可能であり、量子ビット間の静的線形結合をキャンセルし、内部カプラダイナミクスや励起を回避し、マルチキュービット回路QEDシステムに拡張可能である。 ゲートの忠実度とゲート長の探索により、2量子ゲートの忠実度を最大化し、これらのゲートの誤り源についての洞察を提供する。 数時間にわたるランダム化ベンチマークにより、パラメトリックSWAP c$Z$ゲートは、70~nsのゲート持続時間において平均忠実度99.44\pm 0.09$\%、分散駆動パラメトリックSWAPフリーc$Z$ゲートはわずか30~nsで平均忠実度99.47\pm 0.07$\%に達することが明らかになった。 忠実度は8時間以上もこの値を超え、最大99.67\pm 0.14$\%で2回ピークに達した。 全体として、我々のパラメトリックなアプローチは、1つのコンパクトカプラ設計において、汎用性、精度、速度、高性能を組み合わせている。

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