論文の概要: Fast and high-fidelity dispersive readout of a spin qubit via squeezing
and resonator nonlinearity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.03617v1
- Date: Mon, 8 Jan 2024 01:11:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-09 18:04:26.958884
- Title: Fast and high-fidelity dispersive readout of a spin qubit via squeezing
and resonator nonlinearity
- Title（参考訳）: スピンキューズおよび共振器非線形性によるスピンキュービットの高速・高忠実分散読み出し
- Authors: Chon-Fai Kam and Xuedong Hu
- Abstract要約: 非線形マイクロ波共振器に結合した半導体二重量子ドットにおけるスピンの分散測定について検討する。
置換真空状態を利用して,半導体スピン量子ビットの高速かつ高忠実な読み出しを実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Fast and high-fidelity qubit measurement is crucial for achieving quantum
error correction, a fundamental element in the development of universal quantum
computing. For electron spin qubits, fast readout stands out as a major
obstacle in the pursuit of error correction. In this work, we explore the
dispersive measurement of an individual spin in a semiconductor double quantum
dot coupled to a nonlinear microwave resonator. By utilizing displaced squeezed
vacuum states, we achieve rapid and high-fidelity readout for semiconductor
spin qubits. Our findings reveal that introducing modest squeezing and mild
nonlinearity can significantly improve both the signal-to-noise ratio (SNR) and
the fidelity of qubit-state readout. By properly marching the phases of
squeezing, the nonlinear strength, and the local oscillator, the optimal
readout time can be reduced to the sub-microsecond range. With current
technology parameters ($\kappa\approx 2\chi_s$, $\chi_s\approx 2\pi\times 0.15
\:\mbox{MHz}$), utilizing a displaced squeezed vacuum state with $30$ photons
and a modest squeezing parameter $r\approx 0.6$, along with a nonlinear
microwave resonator charactered by a strength of $\lambda\approx -1.2 \chi_s$,
a readout fidelity of $98\%$ can be attained within a readout time of around
$0.6\:\mu\mbox{s}$. Intriguing, by using a positive nonlinear strength of
$\lambda\approx 1.2\chi_s$, it is possible to achieve an SNR of approximately
$6$ and a readout fidelity of $99.99\%$ at a slightly later time, around
$0.9\:\mu\mbox{s}$, while maintaining all other parameters at the same
settings.
- Abstract（参考訳）: 高速かつ高忠実な量子ビット測定は、普遍量子コンピューティングの発展における基本的な要素である量子エラー補正を達成するために不可欠である。
電子スピン量子ビットの場合、高速読み出しは誤り訂正の追求において大きな障害となっている。
本研究では、非線形マイクロ波共振器に結合した半導体二重量子ドットにおけるスピンの分散測定について検討する。
置換真空状態を利用して,半導体スピン量子ビットの高速かつ高忠実な読み出しを実現する。
以上の結果より, 信号対雑音比 (SNR) とqubit-statereadoutの忠実度を両立させることができることがわかった。
スクイーズ、非線形強度、局所振動子の位相を適切に進行させることで、最適な読み出し時間をサブミクロ秒範囲に短縮することができる。
現在の技術パラメータ (\kappa\approx 2\chi_s$, $\chi_s\approx 2\pi\times 0.15 \:\mbox{MHz}$) では、30$の光子とモデストのスクイーズパラメータ $r\approx 0.6$ と、$\lambda\approx -1.2 \chi_s$ の強度を特徴とする非線形マイクロ波共振器を用いて、約 0.6\:\mu\mbox{s}$ の読み出し時間内に 9.8\% の読み出しフィリティを達成できる。
興味深いことに、正の非線形強度を$\lambda\approx 1.2\chi_s$とすることで、SNRが約6ドル、読み出しフィリティが約99.99\%$をわずかに後に達成でき、同じ設定で他の全てのパラメータを保ちながら、約0.9\:\mu\mbox{s}$にすることができる。
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