論文の概要: Autonomous stabilization of Fock states in an oscillator against multi-photon losses

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.08296v1
• Date: Wed, 16 Aug 2023 11:58:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-17 13:44:43.626487
• Title: Autonomous stabilization of Fock states in an oscillator against multi-photon losses
• Title（参考訳）: 多光子損失に対する発振器のフォック状態の自律安定化
• Authors: Sai Li and Zhongchu Ni and Libo Zhang and Yanyan Cai and Jiasheng Mai and Shengcheng Wen and Pan Zheng and Xiaowei Deng and Song Liu and Yuan Xu and Dapeng Yu
• Abstract要約: 散逸工学手法は、複数の光子の損失に対して、多光子フォック状態が自律的に安定化する。 結果は、誤り訂正可能な量子情報処理における潜在的な応用を浮き彫りにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.488130904677222
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fock states with a well-defined number of photons in an oscillator have shown a wide range of applications in quantum information science. Nonetheless, their usefulness has been marred by single and multiple photon losses due to unavoidable environment-induced dissipation. Though several dissipation engineering methods have been developed to counteract the leading single-photon loss error, averting multiple photon losses remains elusive. Here, we experimentally demonstrate a dissipation engineering method that autonomously stabilizes multi-photon Fock states against losses of multiple photons using a cascaded selective photon-addition operation in a superconducting quantum circuit. Through measuring the photon-number populations and Wigner tomography of the oscillator states, we observe a prolonged preservation of quantum coherence properties for the stabilized Fock states $\vert N\rangle$ with $N=1,2,3$ for a duration of about $10$~ms, far surpassing their intrinsic lifetimes of less than $50~\mu$s. Furthermore, the dissipation engineering method demonstrated here also facilitates the implementation of a non-unitary operation for resetting a binomially-encoded logical qubit. These results highlight the potential application in error-correctable quantum information processing against multi-photon-loss errors.
• Abstract（参考訳）: 発振器内の多くの光子を持つフォック状態は、量子情報科学の幅広い応用を示している。 それでも、その有用性は、避けられない環境による散逸による単光子損失と複数光子損失によって損なわれている。 いくつかの散逸工学手法が、先行する単一光子損失の誤差に対処するために開発されているが、複数の光子損失を回避することは、いまだ解明されていない。 本稿では,超伝導量子回路における選択光子付加操作を用いた多重光子の損失に対して,多光子フォック状態を自律的に安定化する散逸工学手法を実験的に実証する。 振動子状態の光子数およびウィグナートモグラフィーを測定することにより、安定化されたフォック状態に対する量子コヒーレンス特性の長期保存を観測し、約10$〜msでN=1,2,3$で、50~\mu$s未満の固有寿命をはるかに超える。 さらに、ここで実証された散逸エンジニアリング手法は、二項符号化された論理量子ビットをリセットする非単項演算の実装を容易にする。 これらの結果は、多光子ロスエラーに対する誤り訂正量子情報処理の潜在的な応用を浮き彫りにする。

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