論文の概要: Multi-frequency control and measurement of a spin-7/2 system encoded in a transmon qudit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.15857v1
- Date: Fri, 24 May 2024 18:00:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-29 02:29:48.131060
- Title: Multi-frequency control and measurement of a spin-7/2 system encoded in a transmon qudit
- Title（参考訳）: Transmon qudit で符号化された spin-7/2 システムの多周波制御と測定
- Authors: Elizabeth Champion, Zihao Wang, Rayleigh Parker, Machiel Blok,
- Abstract要約: 実効スピン7/2系における回転と投射を生成するために、同時マルチ周波数駆動を用いる。
変位演算子と仮想SNAPゲートを組み合わせることで、O(d)物理パルスにおける任意の単一量子ユニタリ演算を実現する。
これらのネイティブなクディット演算は、クディットに基づく誤差補正や格子ゲージ理論のクディットによるシミュレーションを探索するエンタングル演算と組み合わせることができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.435584530569509
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Qudits hold great promise for efficient quantum computation and the simulation of high-dimensional quantum systems. Utilizing a local Hilbert space of dimension d > 2 is known to speed up certain quantum algorithms relative to their qubit counterparts given efficient local qudit control and measurement. However, the direct realization of high-dimensional rotations and projectors has proved challenging, with most experiments relying on decompositions of SU(d) operations into series of rotations between two-level subspaces of adjacent states and projective readout of a small number of states. Here we employ simultaneous multi-frequency drives to generate rotations and projections in an effective spin-7/2 system by mapping it onto the energy eigenstates of a superconducting circuit. We implement single-shot readout of the 8 states using a multi-tone dispersive readout (F_assignment = 88.3%) and exploit the strong nonlinearity in a high EJ/EC transmon to simultaneously address each transition and realize a spin displacement operator. By combining the displacement operator with a virtual SNAP gate, we realize arbitrary single-qudit unitary operations in O(d) physical pulses and extract spin displacement gate fidelities ranging from 0.997 to 0.989 for virtual spins of size j = 1 to j = 7/2. These native qudit operations could be combined with entangling operations to explore qudit-based error correction or simulations of lattice gauge theories with qudits. Our multi-frequency approach to qudit control and measurement can be readily extended to other physical platforms that realize a multi-level system coupled to a cavity and can become a building block for efficient qudit-based quantum computation and simulation.
- Abstract（参考訳）: クディットは効率的な量子計算と高次元量子システムのシミュレーションに大いに期待できる。
次元 d > 2 の局所ヒルベルト空間を利用することで、効率的な局所的なキューディット制御と測定を与えられた量子ビットの相対的な量子アルゴリズムを高速化することが知られている。
しかし、高次元回転とプロジェクターの直接実現は困難であり、ほとんどの実験は、SU(d) 演算を隣接する状態の2レベル部分空間間の一連の回転への分解と、少数の状態の射影可読化に頼っている。
ここでは、超伝導回路のエネルギー固有状態にマッピングすることで、実効スピン7/2系における回転と投射を同時に生成するために、同時多周波駆動を用いる。
マルチトン分散リードアウト(F_assignment = 88.3%)を用いて8つの状態の単発読み出しを実装し,高EJ/ECトランスモンの強い非線形性を利用して各遷移に同時に対応し,スピン変位演算子を実現する。
変位演算子と仮想SNAPゲートを組み合わせることで、O(d)物理パルスにおける任意の単一量子ユニタリ演算を実現し、サイズ j = 1 から j = 7/2 の仮想スピンに対して 0.997 から 0.989 までのスピン変位ゲート忠実度を抽出する。
これらのネイティブなクディット演算は、クディットに基づく誤差補正や格子ゲージ理論のクディットによるシミュレーションを探索するエンタングル演算と組み合わせることができる。
共振器に結合したマルチレベルシステムを実現し,効率的な量子計算とシミュレーションのためのビルディングブロックとなる,他の物理プラットフォームにも容易に対応できる。
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