論文の概要: Measurable Improvement in Multi-Qubit Readout Using a Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifier

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.01185v1
• Date: Thu, 02 Jan 2025 10:22:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-05 17:12:20.555437
• Title: Measurable Improvement in Multi-Qubit Readout Using a Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifier
• Title（参考訳）: Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifier によるマルチビット読み出しの計測精度向上
• Authors: M. A. Castellanos-Beltran, L. Howe, A. Giachero, M. R. Vissers, D. Labranca, J. N. Ullom, P. F. Hopkins,
• Abstract要約: KI-TWPAと多重量子ビットデバイスの統合を実証する。 その結果、大きな量子ビット系における量子制限されたリードアウトチェーンの実現に期待できる道のりが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Increasing the size and complexity of quantum information systems requires highly-multiplexed readout architectures, as well as amplifier chains operating near the quantum limit (QL) of added noise. While documented prior efforts in KITWPA integration in quantum systems are scarce, in this work we demonstrate integration of a KI-TWPA with a multiplexed-qubit device. To quantify the system noise improvement we perform an ac Stark shift calibration to precisely determine noise power levels on-chip (at each cavity's reference plane) and the total system gain. We then characterize the qubit state measurement fidelity and the corresponding signal-to-noise ratio (SNR). To conduct the most faithful measurement of the benefits offered by the KI-TWPA we perform these measurements for readout chains where the high electron mobility transistor (HEMT) amplifier is the first-stage amplifier (FSA) - with none of the external hardware required to operate the KI-TWPA - and with the KI-TWPA as the FSA. While some readout cavities fall outside the KI-TWPA bandwidth, for those inside the bandwidth we demonstrate a maximum improvement in the state measurement SNR by a factor of 1.45, and increase the fidelity from 96.2% to 97.8%. These measurements demonstrate a system noise below 5 quanta referenced on-chip and we bound the KI-TWPA excess noise to be below 4 quanta for the six cavities inside its bandwidth. These results show a promising path forward for realizing quantum-limited readout chains in large qubit systems using a single parametric amplifier.
• Abstract（参考訳）: 量子情報システムのサイズと複雑さを増大させるには、高倍増した読み出しアーキテクチャと、追加ノイズの量子極限(QL)付近で動作するアンプチェーンが必要である。 量子システムにおけるKITWPA統合への以前の取り組みは少ないが、この研究ではKI-TWPAと多重量子ビットデバイスの統合を実証する。 システムのノイズ改善を定量化するために、アクスタークシフト校正を行い、チップ上のノイズパワーレベル(各キャビティの基準面)とシステムゲインを正確に決定する。 次に、量子状態測定フィリティと対応する信号対雑音比(SNR)を特徴付ける。 KI-TWPAの利点を最も忠実に測定するために、高電子移動トランジスタ(HEMT)増幅器が第1段増幅器(FSA)であるリードアウトチェーンに対して、KI-TWPAの動作に必要な外部ハードウェアを一切必要とせず、KI-TWPAをFSAとして、これらの測定を行う。 いくつかの読み出しキャビティはKI-TWPA帯域外にあるが、帯域内では状態測定SNRを最大1.45倍改善し、忠実度を96.2%から97.8%に向上させる。 これらの測定は、オンチップ上で参照される5量子以下のシステムノイズを示し、KI-TWPA余剰ノイズは帯域幅内の6つのキャビティに対して4量子以下に制限する。 これらの結果は、単一パラメトリック増幅器を用いて、大きな量子ビット系において量子制限されたリードアウトチェーンを実現するための有望な経路を示す。

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