論文の概要: All-optical single-shot readout of a superconducting qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.16817v1
• Date: Wed, 25 Oct 2023 17:46:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-26 13:12:13.586430
• Title: All-optical single-shot readout of a superconducting qubit
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビットの全光単発読み出し
• Authors: Georg Arnold, Thomas Werner, Rishabh Sahu, Lucky N. Kapoor, Liu Qiu, Johannes M. Fink
• Abstract要約: ミリケルビン温度における電子光学マイクロ波フォトニクスを実演し、無線-ファイバ量子ビットリードアウトを実装した。 我々は、高忠実度量子非破壊測定で検証されたように、量子ビット状態への直接放射線の影響を観測しない。 この実験は、厳しい環境下での電気光学ラジオメトリーの可能性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6990493129893112
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The rapid development of superconducting quantum hardware is expected to run into significant I/O restrictions due to the need for large-scale error correction in a cryogenic environment. Classical data centers rely on fiber-optic interconnects to remove similar networking bottlenecks and to allow for reconfigurable, software-defined infrastructures. In the same spirit, ultra-cold electro-optic links have been proposed and used to generate qubit control signals, or to replace cryogenic readout electronics. So far, the latter suffered from either low efficiency, low bandwidth and the need for additional microwave drives, or breaking of Cooper pairs and qubit states. In this work we realize electro-optic microwave photonics at millikelvin temperatures to implement a radio-over-fiber qubit readout that does not require any active or passive cryogenic microwave equipment. We demonstrate all-optical single-shot-readout by means of the Jaynes-Cummings nonlinearity in a circulator-free readout scheme. Importantly, we do not observe any direct radiation impact on the qubit state as verified with high-fidelity quantum-non-demolition measurements despite the absence of shielding elements. This compatibility between superconducting circuits and telecom wavelength light is not only a prerequisite to establish modular quantum networks, it is also relevant for multiplexed readout of superconducting photon detectors and classical superconducting logic. Moreover, this experiment showcases the potential of electro-optic radiometry in harsh environments - an electronics-free sensing principle that extends into the THz regime with applications in radio astronomy, planetary missions and earth observation.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ハードウェアの急速な開発は、低温環境における大規模なエラー修正の必要性から、I/Oの大幅な制限に陥ると予想されている。 古典的なデータセンターは、同様のネットワークボトルネックを取り除き、再構成可能なソフトウェア定義インフラストラクチャを可能にするために、光ファイバーの相互接続に依存している。 同じ精神で、極低温電気光学リンクが提案され、量子ビット制御信号の生成や極低温読み出し電子回路の置き換えに使用されている。 これまでのところ、後者は低効率、低帯域幅、追加のマイクロ波駆動の必要性、クーパーペアとキュービット状態の破壊に悩まされていた。 本研究ではミリケルビン温度での電子光学マイクロ波フォトニクスを実現することで、アクティブまたはパッシブな極低温マイクロ波装置を必要としないラジオオーバーファイバー量子ビット読み出しを実現する。 循環器フリーな読み出し方式において,Jaynes-Cummings非線形性を用いて全光単発読み出しを示す。 重要な点は、遮蔽元素が存在しないにもかかわらず、高忠実度量子非分解測定によって検証された量子ビット状態に対する直接放射の影響を観測しないことである。 この超伝導回路と通信波長光との互換性は、モジュラー量子ネットワークを確立するための前提条件であるだけでなく、超伝導光子検出器の多重読み出しや古典的な超伝導論理にも関係している。 さらに、この実験は、厳しい環境下での電気光学ラジオメトリーの可能性を示す。これは、電波天文学、惑星ミッション、地球観測に応用された、THz体制に広がる電子を含まないセンシング原理である。

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