論文の概要: Field-Based Formalism for Calculating Multi-Qubit Exchange Coupling Rates for Transmon Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.05473v1
- Date: Sat, 8 Jun 2024 13:31:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-11 19:35:37.889687
- Title: Field-Based Formalism for Calculating Multi-Qubit Exchange Coupling Rates for Transmon Qubits
- Title（参考訳）: トランスモン量子の多ビット交換結合率計算のためのフィールドベース形式
- Authors: Ghazi Khan, Thomas E. Roth,
- Abstract要約: 超伝導量子ビットは、量子コンピューティングの最も成熟したプラットフォームの一つである。
既存の固有モードソルバを用いた解析手法は、数量子ビット以上のデバイスを解析する場合、複雑で堅牢ではなく、計算的に禁忌である。
この研究は、トランモン量子ビット間のqubit-qubit交換結合速度を評価する文脈で説明する別のフレームワークの開発から始まります。
- 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: Superconducting qubits are one of the most mature platforms for quantum computing, but significant performance improvements are still needed. To improve the engineering of these systems, 3D full-wave computational electromagnetics analyses are increasingly being used. Unfortunately, existing analysis approaches often rely on full-wave simulations using eigenmode solvers that are typically cumbersome, not robust, and computationally prohibitive if devices with more than a few qubits are to be analyzed. To improve the characterization of superconducting circuits while circumventing these drawbacks, this work begins the development of an alternative framework that we illustrate in the context of evaluating the qubit-qubit exchange coupling rate between transmon qubits. This is a key design parameter that determines the entanglement rate for fast multi-qubit gate performance and also affects decoherence sources like qubit crosstalk. Our modeling framework uses a field-based formalism in the context of macroscopic quantum electrodynamics, which we use to show that the qubit-qubit exchange coupling rate can be related to the electromagnetic dyadic Green's function linking the qubits together. We further show how the quantity involving the dyadic Green's function can be related to the impedance response of the system that can be efficiently computed with classical computational electromagnetics tools. We demonstrate the validity and efficacy of this approach by simulating four practical multi-qubit superconducting circuits and evaluating their qubit-qubit exchange coupling rates. We validate our results against a 3D numerical diagonalization method and against experimental data where available. We also demonstrate the impact of the qubit-qubit exchange coupling rate on qubit crosstalk by simulating a multi-coupler device and identifying operating points where the qubit crosstalk becomes zero.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットは量子コンピューティングの最も成熟したプラットフォームの一つだが、大きなパフォーマンス改善が必要である。
これらのシステムのエンジニアリングを改善するために、3次元フルウェーブ・コンピュータ・電磁解析がますます利用されている。
残念なことに、既存の分析手法は、いくつかの量子ビットを持つデバイスを解析する際には、通常扱いにくい、堅牢ではなく、計算的に禁止される、固有モードソルバを用いたフルウェーブシミュレーションに頼っていることが多い。
これらの欠点を回避しつつ超伝導回路のキャラクタリゼーションを改善するため、この研究はトランモン量子ビット間の量子ビット-量子交換結合速度を評価する文脈で示す別のフレームワークの開発に着手する。
これは、高速なマルチキュービットゲート性能の絡み合い率を決定するキーデザインパラメータであり、また、キュービットクロストークのようなデコヒーレンスソースに影響を与える。
モデル化フレームワークでは, 量子力学の文脈における場に基づく定式化を用いて, 量子ビット-量子ビット交換結合速度が, 量子ビットを結合する電磁的ダイアディックグリーン関数と関係があることを示す。
さらに,従来の計算電磁式ツールを用いて効率よく計算できるシステムのインピーダンス応答に,ダイアディックグリーン関数が関与する量がどのように関連しているかを示す。
提案手法の有効性と有効性は、4つの実用的マルチキュービット超伝導回路をシミュレートし、その量子ビット交換結合率を評価することで実証する。
本研究では,3次元数値対角化法と実験データとの比較を行った。
また、マルチカプラデバイスをシミュレートし、キュービットクロストークがゼロとなる操作点を特定することにより、キュービット交換結合速度がキュービットクロストークに与える影響を実証する。
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