論文の概要: High-Coherence Kerr-cat qubit in 2D architecture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.16697v2
- Date: Wed, 1 May 2024 19:45:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-03 21:02:11.735035
- Title: High-Coherence Kerr-cat qubit in 2D architecture
- Title（参考訳）: 2次元アーキテクチャにおける高コヒーレンスKerr-cat量子ビット
- Authors: Ahmed Hajr, Bingcheng Qing, Ke Wang, Gerwin Koolstra, Zahra Pedramrazi, Ziqi Kang, Larry Chen, Long B. Nguyen, Christian Junger, Noah Goss, Irwin Huang, Bibek Bhandari, Nicholas E. Frattini, Shruti Puri, Justin Dressel, Andrew N. Jordan, David Santiago, Irfan Siddiqi,
- Abstract要約: カーキャット量子ビット(Kerr-cat qubit)は、多光子シュロディンガー猫状態が安定化されるボソニック量子ビットである。
この量子ビットは、ノイズバイアス量子ビットに適した量子誤り訂正符号を実装するための有望な候補である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5626229757473267
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Kerr-cat qubit is a bosonic qubit in which multi-photon Schrodinger cat states are stabilized by applying a two-photon drive to an oscillator with a Kerr nonlinearity. The suppressed bit-flip rate with increasing cat size makes this qubit a promising candidate to implement quantum error correction codes tailored for noise-biased qubits. However, achieving strong light-matter interactions necessary for stabilizing and controlling this qubit has traditionally required strong microwave drives that heat the qubit and degrade its performance. In contrast, increasing the coupling to the drive port removes the need for strong drives at the expense of large Purcell decay. By integrating an effective band-block filter on-chip, we overcome this trade-off and realize a Kerr-cat qubit in a scalable 2D superconducting circuit with high coherence. This filter provides 30 dB of isolation at the qubit frequency with negligible attenuation at the frequencies required for stabilization and readout. We experimentally demonstrate quantum non-demolition readout fidelity of 99.6% for a cat with 8 photons. Also, to have high-fidelity universal control over this qubit, we combine fast Rabi oscillations with a new demonstration of the X(90) gate through phase modulation of the stabilization drive. Finally, the lifetime in this architecture is examined as a function of the cat size of up to 10 photons in the oscillator achieving a bit-flip time higher than 1 ms and only a linear decrease in the phase-flip time, in good agreement with the theoretical analysis of the circuit. Our qubit shows promise as a building block for fault-tolerant quantum processors with a small footprint.
- Abstract（参考訳）: Kerr-cat量子ビット(Kerr-cat qubit)は、Kerr非線形性を持つ発振器に2光子駆動を適用することにより、多光子シュロディンガー猫状態が安定化されるボソニック量子ビットである。
猫サイズの増大に伴う抑制ビットフリップ率により、この量子ビットはノイズバイアス量子ビットに適した量子誤り訂正符号を実装するための有望な候補となる。
しかし、この量子ビットの安定化と制御に必要な強力な光-物質相互作用を達成するためには、伝統的に、量子ビットを加熱して性能を低下させる強いマイクロ波駆動が必要である。
対照的に、駆動ポートとの結合を増大させることで、パーセルの大規模な崩壊を犠牲にして、強い駆動の必要性がなくなる。
有効帯域ブロックフィルタをオンチップに統合することにより、このトレードオフを克服し、高コヒーレンスを有するスケーラブルな2D超伝導回路におけるKerr-cat量子ビットを実現する。
このフィルタは、安定化および読み出しに必要な周波数で無視可能な減衰で、キュービット周波数で30dBのアイソレーションを提供する。
実験では、8個の光子を持つ猫に対して99.6%の量子非破壊読み出し率を実験的に実証した。
また、この量子ビットを高忠実に普遍的に制御するために、高速なラビ振動とX(90)ゲートの新たなデモを安定化ドライブの位相変調により組み合わせる。
最後に、回路の理論解析と整合して、1ms以上のビットフリップ時間と位相フリップ時間の線形減少しか達成しない発振器における最大10光子の猫の大きさの関数として、このアーキテクチャの寿命を調べた。
我々の量子ビットは、小さなフットプリントを持つフォールトトレラント量子プロセッサのビルディングブロックとして有望であることを示している。
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