論文の概要: Stochastic Model of Qudit Measurement for Superconducting Quantum Information Processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.03754v1
• Date: Sun, 3 Dec 2023 03:57:49 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-08 17:49:59.022319
• Title: Stochastic Model of Qudit Measurement for Superconducting Quantum Information Processing
• Title（参考訳）: 超伝導量子情報処理のための量子量測定の確率モデル
• Authors: Kangdi Yu
• Abstract要約: この論文は、2次検出を用いたオープン量子系におけるトランモン四重項の分散測定をモデル化することに焦点を当てている。 トランスモンや革新的なマルチモード超伝導回路で高次遷移を駆動する可能性を実証している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: The field of superconducting quantum computing, based on Josephson junctions, has recently seen remarkable strides in scaling the number of logical qubits. In particular, the fidelities of one- and two-qubit gates are close to the breakeven point with the novel error mitigation and correction methods. Parallel to these advances is the effort to expand the Hilbert space within a single device by employing high-dimensional qubits, otherwise known as qudits. Research has demonstrated the possibility of driving higher-order transitions in a transmon or designing innovative multimode superconducting circuits, termed multimons. These advances can significantly expand the computational basis while simplifying the interconnects in a large-scale quantum processor. This thesis provides a detailed introduction to the superconducting qudit and demonstrates a comprehensive analysis of decoherence in an artificial atom with more than two levels using Lindblad master equations and stochastic master equations (SMEs). After extending the theory of the design, control, and readout of a conventional superconducting qubit to that of a qudit, the thesis focuses on modeling the dispersive measurement of a transmon qutrit in an open quantum system using quadrature detections. Under the Markov assumption, master equations with different levels of abstraction are proposed and solved; in addition, both the ensemble-averaged and the quantum-jump approach of decoherence analysis are presented and compared analytically and numerically. The thesis ends with a series of experimental results on a transmon-type qutrit, verifying the validity of the stochastic model.
• Abstract（参考訳）: ジョセフソン接合に基づく超伝導量子コンピューティングの分野は、最近、論理量子ビットの数のスケーリングにおいて顕著な進歩を見せている。 特に、1ビットと2ビットのゲートの忠実度は、新しい誤差緩和法と補正法で破断点に近い。 これらの進歩と並行して、ヒルベルト空間を1つの装置内で拡張するために高次元の量子ビット(qudits)を用いる。 トランスモンで高次遷移を駆動したり、革新的なマルチモード超伝導回路を設計する可能性を実証した。 これらの進歩は、大規模量子プロセッサにおける相互接続を簡素化しながら、計算基盤を大幅に拡張することができる。 この論文は超伝導キューディットの詳細な紹介を提供し、リンドブラッドマスター方程式と確率マスター方程式(SME)を用いて2段階以上の人工原子におけるデコヒーレンスを包括的に解析する。 従来の超伝導量子ビットの設計、制御、読み出しの理論をキューディットに拡張した後、理論は二次検出を用いたオープン量子系におけるトランモン量子ビットの分散測定をモデル化することに焦点を当てた。 マルコフの仮定の下では、異なる抽象レベルを持つマスター方程式を提案し、解くとともに、デコヒーレンス解析のアンサンブル平均法と量子ジャンプ法の両方を解析的および数値的に比較した。 この論文はトランスモン型クトリットに関する一連の実験結果で終わり、確率モデルの有効性を検証する。

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