論文の概要: Systematic study of High $E_J/E_C$ transmon qudits up to $d = 12$

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.17407v1
• Date: Wed, 24 Jul 2024 16:42:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-25 13:05:35.497319
• Title: Systematic study of High $E_J/E_C$ transmon qudits up to $d = 12$
• Title（参考訳）: High $E_J/E_C$ Transmon qudits の体系的研究
• Authors: Z. Wang, R. W. Parker, E. Champion, M. S. Blok,
• Abstract要約: 固定周波数トランスモンにおける高次元量子情報の符号化に伴うトレードオフを解析する。 高いE_J/E_C$比を最大325まで設計し、1つのトランスモンで最大12レベルまで観測する。 我々の高忠実度制御と読み出し手法は、トランスモンモデルの包括的評価と組み合わせて、高E_J/E_C$トランスモンは、回路量子力学における励起状態を探索するための強力なツールであることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0415910628419063
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Qudits provide a resource-efficient alternative to qubits for quantum information processing. The multilevel nature of the transmon, with its individually resolvable transition frequencies, makes it an attractive platform for superconducting circuit-based qudits. In this work, we systematically analyze the trade-offs associated with encoding high-dimensional quantum information in fixed-frequency transmons. Designing high $E_J/E_C$ ratios of up to 325, we observe up to 12 levels ($d=12$) on a single transmon. Despite the decreased anharmonicity, we demonstrate process infidelities $e_f < 3 \times 10^{-3}$ for qubit-like operations in each adjacent-level qubit subspace in the lowest 10 levels. Furthermore, we achieve a 10-state readout assignment fidelity of 93.8% with the assistance of deep neural network classification of a multi-tone dispersive measurement. We find that the Hahn echo time $T_{2E}$ for the higher levels is close to the limit of $T_1$ decay, primarily limited by bosonic enhancement. We verify the recently introduced Josephson harmonics model, finding that it yields better predictions for the transition frequencies and charge dispersion. Finally, we show strong $ZZ$-like coupling between the higher energy levels in a two-transmon system. Our high-fidelity control and readout methods, in combination with our comprehensive characterization of the transmon model, suggest that the high-$E_J/E_C$ transmon is a powerful tool for exploring excited states in circuit quantum electrodynamics.
• Abstract（参考訳）: Quditsは量子情報処理のための量子ビットに代わるリソース効率の高い代替手段を提供する。 トランスモンの多レベルの性質は、個々の可溶性遷移周波数を持ち、超伝導回路ベースの量子ドットにとって魅力的なプラットフォームとなっている。 本研究では,固定周波数トランスモンにおける高次元量子情報の符号化に伴うトレードオフを系統的に解析する。 最大325ドルの高額なE_J/E_C$を設計し、1つのトランスモン上で最大12レベル(d=12$)まで観測する。 非調和性の低下にもかかわらず、各隣接レベルキュービット部分空間におけるキュービット様演算に対するプロセス不完全性 $e_f < 3 \times 10^{-3}$ を示す。 さらに,マルチトーン分散測定のディープニューラルネットワーク分類の助けを借りて,10状態の読み出し割当率93.8%を達成する。 高いレベルのハーンエコー時間$T_{2E}$は、主にボソニックエンハンスメントによって制限されるT_1$崩壊の限界に近くなる。 我々は、最近導入されたジョセフソン高調波モデルを検証するとともに、遷移周波数と電荷分散のより良い予測が得られることを発見した。 最後に, 2-transmon系における高エネルギー準位間のZZ$様結合性を示す。 我々の高忠実度制御と読み出し手法は、トランスモンモデルの包括的評価と組み合わせて、高E_J/E_C$トランスモンは、回路量子力学における励起状態を探索するための強力なツールであることを示す。

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