論文の概要: Symmetrically Threaded Superconducting Quantum Interference Devices As Next Generation Kerr-cat Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.11375v2
• Date: Wed, 30 Jul 2025 16:31:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-31 16:14:17.662053
• Title: Symmetrically Threaded Superconducting Quantum Interference Devices As Next Generation Kerr-cat Qubits
• Title（参考訳）: 次世代Kerr-cat量子ビットとしての対称スレッディング超伝導量子干渉デバイス
• Authors: Bibek Bhandari, Irwin Huang, Ahmed Hajr, Kagan Yanik, Bingcheng Qing, Ke Wang, David I Santiago, Justin Dressel, Irfan Siddiqi, Andrew N Jordan,
• Abstract要約: 対称スレッド超伝導量子干渉素子(SQUID)に基づくKerr-cat量子ビットの代替回路について検討する。 Symmetrically Threaded SQUIDs (STS) アーキテクチャは2光子散逸を抑制する簡易なフラックスポンプ設計を採用している。 STS Kerr-cat の量子ビットは、Kerr係数の高い2光子駆動下では$T_alpha$ dipを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8367666387458905
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We theoretically explore an alternative circuit for Kerr-cat qubits based on symmetrically threaded Superconducting Quantum Interference Devices (SQUID). The Symmetrically Threaded SQUIDs (STS) architecture employs a simplified flux-pumped design that suppresses two-photon dissipation, a dominant loss mechanism in high-Kerr regimes, by engineering the drive Hamiltonian's flux operator to generate only even-order harmonics. By fulfilling two critical criteria for practical Kerr-cat qubit operation, the STS emerges as an ideal platform: (1) a static Hamiltonian with diluted Kerr nonlinearity (achieved via the STS's middle branch) and (2) a drive Hamiltonian restricted to even harmonics, which ensures robust two-photon driving with reduced dissipation. For weak Kerr nonlinearity, we find that the coherent state lifetime ($T_\alpha$) is similar between STS and SNAIL circuits. However, STS Kerr-cat qubits exhibit enhanced resistance to higher-order photon dissipation, enabling significantly extended $T_\alpha$ even with stronger Kerr nonlinearities ($\sim$10 MHz). In contrast to SNAIL, STS Kerr-cat qubits display a $T_\alpha$ dip under weak two-photon driving for high Kerr coefficient. We demonstrate that this dip can be suppressed by applying drive-dependent detuning, enabling Kerr-cat qubit operation with only eight Josephson junctions (of energies 80 GHz); fewer junctions suffice for higher junction energies. We further validate the robustness of the STS design by studying the impact of strong flux driving and asymmetric Josephson junctions on $T_\alpha$. With the proposed design and considering a cat size of 10 photons, we predict $T_\alpha$ of the order of tens of milliseconds, even in the presence of multi-photon heating and dephasing effects.
• Abstract（参考訳）: 対称スレッド型超伝導量子干渉デバイス(SQUID)に基づくKerr-cat量子ビットの代替回路を理論的に検討する。 Symmetrically Threaded SQUIDs (STS) アーキテクチャでは、ハミルトンの磁束演算子を設計し、偶数階の高調波のみを生成することによって、2光子の散逸を抑制する単純化されたフラックスポンプ設計を採用している。 実用的なKerr-cat量子ビット演算の2つの臨界基準を満たすことにより、STSは理想的なプラットフォームとして現れる: (1) 希釈されたKerr非線形性(STSの中分枝を介して達成される)を持つ静的ハミルトニアンと(2) ハーモニクスに制限された駆動ハミルトニアン。 弱いカーの非線形性については、コヒーレント状態寿命(T_\alpha$)がSTSとSNAILの回路に類似していることが分かる。 しかし、STS Kerr-cat qubits は高次光子散逸に対する耐性が強く、Kerr の強い非線形性 (\sim$10 MHz) であっても、T_\alpha$ が大幅に拡張された。 SNAILとは対照的に、STS Kerr-cat qubitsは、Kerr係数の高い2光子駆動下でのT_\alpha$ dipを示す。 このディップはドライブ依存のデチューニングを適用して抑制でき、8個のジョセフソン接合(80 GHz)でカーキャット量子ビット演算が可能であり、より高い接合エネルギーでは少ない接合が十分であることを示す。 さらに, 強いフラックス駆動と非対称ジョセフソン接合の影響を$T_\alpha$で調べ, STS設計のロバスト性を検証した。 提案した設計と猫の10光子の大きさを考慮すると、多光子加熱および脱落効果が存在する場合でも、数十ミリ秒のオーダーのT_\alpha$を予測できる。

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