論文の概要: Fast superconducting qubit control with sub-harmonic drives
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.10162v1
- Date: Fri, 16 Jun 2023 20:04:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-21 23:53:17.138997
- Title: Fast superconducting qubit control with sub-harmonic drives
- Title（参考訳）: サブハーモニック駆動による高速超電導量子ビット制御
- Authors: Mingkang Xia, Chao Zhou, Chenxu Liu, Param Patel, Xi Cao, Pinlei Lu,
Boris Mesits, Maria Mucci, David Gorski, David Pekker, Michael Hatridge
- Abstract要約: 単一ビット制御を行うための新しいパラメトリック駆動方式を提案する。
我々は、トランスモンのKerr項を量子ビットの共振周波数の約3分の1でポンプすることで、高速ゲート速度を実現する。
パルスは数ナノ秒で99.7%の忠実度を持ち、トランスモンの質素なコヒーレンスによって制限される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2402408527122377
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Increasing the fidelity of single-qubit gates requires a combination of
faster pulses and increased qubit coherence. However, with resonant qubit drive
via a capacitively coupled port, these two objectives are mutually
contradictory, as higher qubit quality factor requires a weaker coupling,
necessitating longer pulses for the same applied power. Increasing drive power,
on the other hand, can heat the qubit's environment and degrade coherence. In
this work, by using the inherent non-linearity of the transmon qubit, we
circumvent this issue by introducing a new parametric driving scheme to perform
single-qubit control. Specifically, we achieve rapid gate speed by pumping the
transmon's native Kerr term at approximately one third of the qubit's resonant
frequency. Given that transmons typically operate within a fairly narrow range
of anharmonicity, this technique is applicable to all transmons. In both theory
and experiment, we show that the Rabi rate of the process is proportional to
applied drive amplitude cubed, allowing for rapid gate speed with only modest
increases in applied power. In addition, we demonstrate that filtering can be
used to protect the qubit's coherence while performing rapid gates, and present
theoretical calculations indicating that decay due to multi-photon losses, even
in very strongly coupled drive lines, will not limit qubit lifetime. We
demonstrate $\pi/2$ pulses as short as tens of nanoseconds with fidelity as
high as 99.7\%, limited by the modest coherence of our transmon. We also
present calculations indicating that this technique could reduce cryostat
heating for fast gates, a vital requirement for large-scale quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 単一量子ビットゲートの忠実度を高めるには、より高速なパルスとより高い量子ビットコヒーレンスの組み合わせが必要である。
しかし、容量結合されたポートを経由した共振量子ビット駆動では、より高い量子ビット品質係数はより弱い結合を必要とし、同じ印加電力に対して長いパルスを必要とするため、この2つの目的は互いに矛盾する。
一方、駆動力の増大は、キュービットの環境を加熱し、コヒーレンスを劣化させる可能性がある。
本研究では,トランスモン量子ビットの固有非線形性を用いて,単一量子ビット制御を行う新しいパラメトリック駆動方式を導入することで,この問題を回避する。
具体的には、トランスモンのKerr項を量子ビットの共振周波数の約3分の1でポンプすることで、高速ゲート速度を実現する。
通常、トランスモンは比較的狭い範囲のアンハーモニックで作動するので、この技法は全てのトランスモンに適用できる。
理論と実験の両方において, プロセスのラビ速度は印加駆動振幅立方体に比例し, 印加電力がわずかに増加し, 急速ゲート速度が向上することを示した。
さらに,高速ゲートを実行しながら,クビットのコヒーレンスを保護できることを示すとともに,多光子損失による減衰は,非常に強く結合した駆動線においてもクビット寿命を制限しないことを示す理論的計算を行う。
99.7\%の忠実度を持つ数十ナノ秒の短パルスで、トランスモンの質素なコヒーレンスによって制限される。
また,本手法は,大規模量子コンピュータの必須要件である高速ゲートのクライオスタット加熱を低減できることを示す計算を行う。
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