論文の概要: High-sensitivity AC-charge detection with a MHz-frequency fluxonium
qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14329v1
- Date: Wed, 26 Jul 2023 17:48:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-27 11:29:12.477565
- Title: High-sensitivity AC-charge detection with a MHz-frequency fluxonium
qubit
- Title（参考訳）: MHz周波数フラクソニウム量子ビットを用いた高感度交流電荷検出
- Authors: B.-L. Najera-Santos, R. Rousseau, K. Gerashchenko, H. Patange, A.
Riva, M. Villiers, T. Briant, P.-F. Cohadon, A. Heidmann, J. Palomo, M.
Rosticher, H. le Sueur, A. Sarlette, W. C. Smith, Z. Leghtas, E. Flurin, T.
Jacqmin, S. Del\'eglise
- Abstract要約: 我々は前例のない低い遷移周波数の重いフラキソニウムを1.8mathrm$$で操作する。
量子ビット遷移を容量結合導波路で直接処理することにより、高周波場に対する高い感度を示す。
この方法では、チャージ感度は33mumathrme/sqrtmathrmHz$、エネルギー感度(ヘルツあたりジュール)は28hbarである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Owing to their strong dipole moment and long coherence times, superconducting
qubits have demonstrated remarkable success in hybrid quantum circuits.
However, most qubit architectures are limited to the GHz frequency range,
severely constraining the class of systems they can interact with. The
fluxonium qubit, on the other hand, can be biased to very low frequency while
being manipulated and read out with standard microwave techniques. Here, we
design and operate a heavy fluxonium with an unprecedentedly low transition
frequency of $1.8~\mathrm{MHz}$. We demonstrate resolved sideband cooling of
the ``hot'' qubit transition with a final ground state population of $97.7~\%$,
corresponding to an effective temperature of $23~\mu\mathrm{K}$. We further
demonstrate coherent manipulation with coherence times $T_1=34~\mu\mathrm{s}$,
$T_2^*=39~\mu\mathrm{s}$, and single-shot readout of the qubit state.
Importantly, by directly addressing the qubit transition with a capacitively
coupled waveguide, we showcase its high sensitivity to a radio-frequency field.
Through cyclic qubit preparation and interrogation, we transform this
low-frequency fluxonium qubit into a frequency-resolved charge sensor. This
method results in a charge sensitivity of
$33~\mu\mathrm{e}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$, or an energy sensitivity (in joules per
hertz) of $2.8~\hbar$. This method rivals state-of-the-art transport-based
devices, while maintaining inherent insensitivity to DC charge noise. The high
charge sensitivity combined with large capacitive shunt unlocks new avenues for
exploring quantum phenomena in the $1-10~\mathrm{MHz}$ range, such as the
strong-coupling regime with a resonant macroscopic mechanical resonator.
- Abstract（参考訳）: 強い双極子モーメントと長いコヒーレンス時間により、超伝導量子ビットはハイブリッド量子回路において顕著な成功を収めた。
しかし、ほとんどの量子ビットアーキテクチャはGHz周波数範囲に限定されており、相互作用可能なシステムのクラスを厳しく制限している。
一方、フラクソニウム量子ビットは、標準的なマイクロ波技術で操作され読み出されながら、非常に低い周波数にバイアスすることができる。
ここでは、前例のない低い遷移周波数を1.8〜\mathrm{MHz}$で設計し、運用する。
最終基底状態が 97.7~\%$ の ‘hot' 量子ビット遷移のサイドバンド冷却は, 有効温度が 23~\mu\mathrm{K}$ の値に対応する。
さらに,コヒーレンス時間$t_1=34~\mu\mathrm{s}$,$t_2^*=39〜\mu\mathrm{s}$,シングルショットのqubit状態の読み出しによるコヒーレント操作も示す。
重要なことは、量子ビット遷移を容量結合導波路で直接処理することにより、高周波磁場に対する高い感度を示すことである。
周期量子ビット合成と問合せにより、この低周波量子ビットを周波数分解電荷センサに変換する。
この方法により、電荷感度は33〜\mu\mathrm{e}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$、エネルギー感度(ヘルツあたりジュール)は2.8〜\hbar$となる。
この方法は、直流電荷ノイズに対する固有の非感度を維持しつつ、最先端のトランスポートベースデバイスに匹敵する。
高電荷感度と大きな静電容量シャントが組み合わさって、1-10〜\mathrm{MHz}$範囲の量子現象を探索するための新しい経路を解き放つ。
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