論文の概要: Quantum limits of superconducting-photonic links and their extension to mm-waves
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.14501v1
- Date: Thu, 20 Jun 2024 17:02:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-21 12:09:55.263069
- Title: Quantum limits of superconducting-photonic links and their extension to mm-waves
- Title（参考訳）: 超伝導フォトニックリンクの量子限界とミリ波への拡張
- Authors: Kevin K. S. Multani, Wentao Jiang, Emilio A. Nanni, Amir H. Safavi-Naeini,
- Abstract要約: 超伝導回路のフォトニックアドレッシングは配線の複雑さと熱負荷を克服するために提案されている。
超伝導フォトニックリンクは、スケーラビリティを制限する効率とノイズのトレードオフに悩まされる。
我々は、このトレードオフを分析し、フォトニック信号によって駆動されるクビットゲートの不完全性は、使用する光子の数と逆向きにスケールする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1802393728175824
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Photonic addressing of superconducting circuits has been proposed to overcome wiring complexity and heat load challenges, but superconducting-photonic links suffer from an efficiency-noise trade-off that limits scalability. This trade-off arises because increasing power conversion efficiency requires reducing optical power, which makes the converted signal susceptible to shot noise. We analyze this trade-off and find the infidelity of qubit gates driven by photonic signals scales inversely with the number of photons used, and therefore the power efficiency of the converter. While methods like nonlinear detection or squeezed light could mitigate this effect, we consider generating higher frequency electrical signals, such as millimeter-waves (100 GHz), using laser light. At these higher frequencies, circuits have higher operating temperatures and cooling power budgets. We demonstrate an optically-driven cryogenic millimeter-wave source with a power efficiency of $10^{-4}$ that can generate ${1}~\mathrm{\mu W}$ of RF power at 80 GHz with 1500 thermal photons of added noise at 4 K. Using this source, we perform frequency-domain spectroscopy of superconducting NbTiN resonators at 80-90 GHz. Our results show a promising approach to alleviate the efficiency-noise constraints on optically-driven superconducting circuits while leveraging the benefits of photonic signal delivery. Further optimization of power efficiency and noise at high frequencies could make photonic control of superconducting qubits viable at temperatures exceeding 1 kelvin.
- Abstract（参考訳）: 超伝導回路のフォトニックアドレッシングは配線の複雑さと熱負荷の問題を克服するために提案されているが、超伝導-フォトニックリンクはスケーラビリティを制限する効率-ノイズトレードオフに悩まされている。
このトレードオフは、電力変換効率の向上には光電力の低減が必要であり、変換された信号はショットノイズの影響を受けやすいためである。
我々は、このトレードオフを分析し、フォトニック信号によって駆動されるキュービットゲートの不完全性は、使用する光子の数と逆向きにスケールし、コンバータの電力効率を向上する。
非線形検出や励起光などの手法は、この効果を緩和する可能性があるが、レーザー光を用いてミリ波(100GHz)のような高周波数の電気信号を生成することを検討する。
これらの高い周波数では、回路は高い運転温度と冷却電力予算を有する。
光駆動型極低温ミリ波源の電力効率は${1}~$\mathrm{\mu W}$で4Kで1500個の熱光子を付加した80GHzでRF電力を発生させることができる。
本研究は,光信号伝送の利点を生かしながら,光駆動型超伝導回路の効率・雑音制約を緩和する,有望なアプローチを示すものである。
高周波での電力効率とノイズのさらなる最適化により、1ケルビンを超える温度で超伝導量子ビットのフォトニック制御が可能となる。
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