論文の概要: Decoherence induced by a sparse bath of two-level fluctuators: peculiar features of $1/f$ noise in high-quality qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.18659v1
- Date: Mon, 29 Apr 2024 12:46:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-30 13:47:51.952499
- Title: Decoherence induced by a sparse bath of two-level fluctuators: peculiar features of $1/f$ noise in high-quality qubits
- Title（参考訳）: 2レベルゆらぎのスパース浴によるデコヒーレンス:高品質量子ビットにおける1/f$ノイズの特徴
- Authors: M. Mehmandoost, V. V. Dobrovitski,
- Abstract要約: 本研究では,大変動が,スパース浴で脱相したキュービットの特徴であることを示す。
本研究は,半導体および超伝導量子ビットのコヒーレンス特性の理論的理解とさらなる改善に役立つ。
- 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: Progress in fabrication of semiconductor and superconductor qubits has greatly diminished the number of decohering defects, thus decreasing the devastating low-frequency $1/f$ noise and extending the qubits' coherence times (dephasing time $T_2^*$ and the echo decay time $T_2$). However, large qubit-to-qubit variation of the coherence properties remains a problem, making it difficult to produce a large-scale register where all qubits have a uniformly high quality. In this work we show that large variability is a characteristic feature of a qubit dephased by a sparse bath made of many ($n\gg 1$) decohering defects, coupled to the qubit with similar strength. We model the defects as two-level fluctuators (TLFs) whose transition rates $\gamma$ are sampled from a log-uniform distribution over an interval $[\gamma_{m},\gamma_M]$, which is a standard model for $1/f$ noise. We investigate decoherence by such a bath in the limit of high-quality qubit, i.e.\ when the TLF density $d$ is small (the limit of sparse bath, with $d=n/w\ll 1$, where $n$ is the number of TLFs and $w=\ln{[\gamma_M/\gamma_{m}]}$ is the log-width of the distribution). We show that different realizations of the bath produce very similar noise power spectra $S(f)\sim 1/f$, but lead to drastically different coherence times $T_2^*$ and $T_2$. Thus, the spectral density $S(f)$ does not determine coherence of a qubit coupled to a sparse TLF bath, as opposed to a dense bath; instead, decoherence is controlled by only a few exceptional fluctuators, determined by their value of $\gamma$. We show that removing only two of these TLFs greatly increases $T_2$ and $T_2^*$ times. Our findings help theoretical understanding and further improvements in the coherence properties of semiconductor and superconductor qubits, battling the $1/f$ noise in these platforms.
- Abstract（参考訳）: 半導体および超伝導量子ビットの製造の進歩は、デコヒーリング欠陥の数を大幅に減らし、破壊的な低周波の1/f$ノイズを減らし、クビットのコヒーレンス時間を延長した(デファス時間$T_2^*$とエコー崩壊時間$T_2$)。
しかし、コヒーレンス特性の大きなqubit-to-qubit変異は問題であり、全てのqubitが一様に高品質な大規模レジスタを生成することは困難である。
本研究は,多くの(n\gg 1$)デコヒーリング欠陥からなるスパース浴で生成したキュービットが,同じ強度のキュービットと結合したキュービットの特徴であることを示す。
この欠陥を2レベルゆらぎ器(TLF)としてモデル化し、その遷移率$\gamma$は1/f$ノイズの標準モデルである$[\gamma_{m},\gamma_M]$の対数均一分布からサンプリングする。
例えば, TLF 密度 $d$ が小さい場合 (d=n/w\ll 1$, $n$ は TLF の数であり, $w=\ln{[\gamma_M/\gamma_{m}] は分布の対数幅である)。
浴槽の異なる実現法は、非常によく似たノイズパワースペクトルを$S(f)\sim 1/f$で生成するが、非常に異なるコヒーレンス時間$T_2^*$と$T_2$となる。
したがって、スペクトル密度$S(f)$は、密度の高い浴とは対照的に、スパースTLF浴に結合したキュービットのコヒーレンスを決定せず、代わりに、デコヒーレンスは、その値$\gamma$によって決定される少数の例外的なゆらぎによってのみ制御される。
これらのTLFのうち、T_2$ と $T_2^*$ の2つだけを除去すると、T_2$ と $T_2^*$ が大幅に増加することを示す。
本研究は,半導体および超伝導体量子ビットのコヒーレンス特性の理論的理解とさらなる向上に寄与し,これらのプラットフォームにおける1/f$ノイズと競合する。
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