論文の概要: Preserving phase coherence and linearity in cat qubits with exponential bit-flip suppression
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.17556v1
- Date: Thu, 26 Sep 2024 05:57:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-28 22:56:36.428153
- Title: Preserving phase coherence and linearity in cat qubits with exponential bit-flip suppression
- Title（参考訳）: 指数的ビットフリップ抑制を有する猫量子ビットの位相コヒーレンスと線形性
- Authors: Harald Putterman, Kyungjoo Noh, Rishi N. Patel, Gregory A. Peairs, Gregory S. MacCabe, Menyoung Lee, Shahriar Aghaeimeibodi, Connor T. Hann, Ignace Jarrige, Guillaume Marcaud, Yuan He, Hesam Moradinejad, John Clai Owens, Thomas Scaffidi, Patricio Arrangoiz-Arriola, Joe Iverson, Harry Levine, Fernando G. S. L. Brandão, Matthew H. Matheny, Oskar Painter,
- Abstract要約: 猫量子ビットは平均光子数の増加を伴うビットフリップ誤差に対して指数的なノイズバイアスを示すことができる。
バッファモードの損失環境を多極フィルタで色づけすることで,この課題を克服する方法を示す。
我々は,光子数の増加に伴い,キャットキュービットのビットフリップ速度のほぼ理想的向上を実現した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 29.57902297308655
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Cat qubits, a type of bosonic qubit encoded in a harmonic oscillator, can exhibit an exponential noise bias against bit-flip errors with increasing mean photon number. Here, we focus on cat qubits stabilized by two-photon dissipation, where pairs of photons are added and removed from a harmonic oscillator by an auxiliary, lossy buffer mode. This process requires a large loss rate and strong nonlinearities of the buffer mode that must not degrade the coherence and linearity of the oscillator. In this work, we show how to overcome this challenge by coloring the loss environment of the buffer mode with a multi-pole filter and optimizing the circuit to take into account additional inductances in the buffer mode. Using these techniques, we achieve near-ideal enhancement of cat-qubit bit-flip times with increasing photon number, reaching over $0.1$ seconds with a mean photon number of only $4$. Concurrently, our cat qubit remains highly phase coherent, with phase-flip times corresponding to an effective lifetime of $T_{1,\text{eff}} \simeq 70$ $\mu$s, comparable with the bare oscillator lifetime. We achieve this performance even in the presence of an ancilla transmon, used for reading out the cat qubit states, by engineering a tunable oscillator-ancilla dispersive coupling. Furthermore, the low nonlinearity of the harmonic oscillator mode allows us to perform pulsed cat-qubit stabilization, an important control primitive, where the stabilization can remain off for a significant fraction (e.g., two thirds) of a $3~\mathrm{\mu s}$ cycle without degrading bit-flip times. These advances are important for the realization of scalable error-correction with cat qubits, where large noise bias and low phase-flip error rate enable the use of hardware-efficient outer error-correcting codes.
- Abstract（参考訳）: 高調波発振器に符号化されたボソニックキュービットの一種であるキャットキュービットは、平均光子数の増加を伴うビットフリップ誤差に対して指数的なノイズバイアスを示すことができる。
ここでは, 2光子散逸により安定化された猫量子ビットに着目し, 補助的な損失バッファモードにより, 光子対を高調波発振器から追加・除去する。
この過程は、発振器のコヒーレンスと線形性を低下させてはいけないバッファモードの大きな損失率と強い非線形性を必要とする。
本研究では,バッファモードの損失環境を多極フィルタで色付けし,バッファモードに付加的なインダクタンスを考慮した回路を最適化することにより,この課題を克服する方法を示す。
これらの手法を用いることで、光子数の増加に伴い、猫のビットフリップ時間をほぼ理想的に向上し、平均光子数4ドルの光子数で0.1ドル秒以上に達する。
猫のクビットは相整合性が高く, 有効寿命はT_{1,\text{eff}} \simeq 70$$\mu$sである。
キャットキュービット状態を読み取るために用いられるアンシラトランスモンの存在下においても,可変振動子-アンシラ分散結合を工学的に構築することにより,この性能を実現する。
さらに、高調波発振器モードの低非線形性により、重要な制御プリミティブであるパルスキャットキュービット安定化を行うことができ、安定度は3〜\mathrm {\mu s}$サイクルの3〜\mathrm {\mu s} の有意な分数(例えば2/3)で、ビットフリップ時間を劣化させることなく保つことができる。
これらの進歩は、大きなノイズバイアスと低い位相フリップ誤差率によってハードウェア効率のよい外乱訂正符号を使用できる猫量子ビットによるスケーラブルな誤差補正を実現するために重要である。
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