論文の概要: Longitudinal (curvature) couplings of an $N$-level qudit to a
superconducting resonator at the adiabatic limit and beyond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.03118v1
- Date: Tue, 5 Dec 2023 20:33:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-07 16:52:32.200506
- Title: Longitudinal (curvature) couplings of an $N$-level qudit to a
superconducting resonator at the adiabatic limit and beyond
- Title（参考訳）: 断熱限界を超える超伝導共振器へのn$-level quditの縦方向(曲率)結合
- Authors: Rusko Ruskov and Charles Tahan
- Abstract要約: マルチレベルシステム(qudit)と超伝導(SC)共振器の電磁界との結合について検討する。
一般分散状態における長手多層相互作用を記述するハミルトニアンを初めて導いた。
異なる量子ビット系における断熱結合から分散結合への移行を例に挙げる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Understanding how and to what magnitude solid-state qubits couple to metallic
wires is crucial to the design of quantum systems such as quantum computers.
Here, we investigate the coupling between a multi-level system, or qudit, and a
superconducting (SC) resonator's electromagnetic field, focusing on the
interaction involving both the transition and diagonal dipole moments of the
qudit. Specifically, we explore the effective dynamical (time-dependent)
longitudinal coupling that arises when a solid-state qudit is adiabatically
modulated at small gate frequencies and amplitudes, in addition to a static
dispersive interaction with the SC resonator. For the first time, we derive
Hamiltonians describing the longitudinal multi-level interactions in a general
dispersive regime, encompassing both dynamical longitudinal and dispersive
interactions. These Hamiltonians smoothly transition between their adiabatic
values, where the couplings of the n-th level are proportional to the level's
energy curvature concerning a qudit gate voltage, and the substantially larger
dispersive values, which occur due to a resonant form factor. We provide
several examples illustrating the transition from adiabatic to dispersive
coupling in different qubit systems, including the charge (1e DQD) qubit, the
transmon, the double quantum dot singlet-triplet qubit, and the triple quantum
dot exchange-only qubit. In some of these qubits, higher energy levels play a
critical role, particularly when their qubit's dipole moment is minimal or
zero. For an experimentally relevant scenario involving a spin-charge qubit
with magnetic field gradient coupled capacitively to a SC resonator, we
showcase the potential of these interactions. They enable
close-to-quantum-limited quantum non-demolition (QND) measurements and remote
geometric phase gates, demonstrating their practical utility in quantum
information processing.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータなどの量子系の設計において、固体量子ビットが金属線とどのように結合するかを理解することが重要である。
そこで本研究では,マルチレベルシステム(qudit)と超伝導共振器(sc)の電磁場との結合について検討し,quditの遷移モーメントと対角双極子モーメントの相互作用に着目した。
具体的には、SC共振器との静的な分散相互作用に加えて、固体キュイトが小さなゲート周波数と振幅で断熱的に変調されたときに生じる効果的な動的(時間依存)長手結合について検討する。
一般分散状態における時間的多レベル相互作用を記述するハミルトニアンを導出し、動的長手的相互作用と分散的相互作用の両方を包含する。
これらのハミルトニアンは、n番目のレベルのカップリングがクディットゲート電圧に関するレベルのエネルギー曲率に比例するような断熱値と、共振形因子によって生じる実質的に大きな分散値との間でスムーズに遷移する。
本稿では、電荷(1e DQD)量子ビット、トランモン、二重量子ドット一重項量子ビット、三重量子ドット交換のみ量子ビットなど、異なる量子ビット系における断熱から分散結合への移行を例示する。
これらの量子ビットのいくつかでは、特に量子ビットの双極子モーメントが極小またはゼロの場合、より高いエネルギーレベルが重要な役割を果たす。
磁場勾配をsc共振器に容量的に結合したスピンチャージ量子ビットに関する実験的なシナリオでは、これらの相互作用の可能性を示す。
qnd(quantum-limited quantum non-demolition)測定と遠隔幾何位相ゲートを可能にし、量子情報処理における実用性を示している。
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