論文の概要: Optimizing Superconducting Qubit Performance: A Theoretical Framework for Design, Analysis, and Calibration

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.17825v1
• Date: Wed, 29 Jan 2025 18:17:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-30 15:53:45.925342
• Title: Optimizing Superconducting Qubit Performance: A Theoretical Framework for Design, Analysis, and Calibration
• Title（参考訳）: 超電導量子ビット性能の最適化:設計・解析・校正のための理論的枠組み
• Authors: Sirshi S Ram, Muralikrishna Molli, Vamshi Mohan Katukuri, Bharadwaj Chowdary Mummaneni,
• Abstract要約: 超伝導量子ビットは多くの競合技術の最前線として登場した。 設計からハードウェアのキャリブレーションに至るまで、プロセス全体にわたって包括的な理論フレームワークを開発する。 この研究は超伝導量子ビットの設計、最適化、校正に対する詳細かつ実践的なアプローチを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Designing a qubit architecture is one of the most critical challenges in achieving scalable and fault-tolerant quantum computing as the performance of a quantum computer is heavily dependent on the coherence times, connectivity and low noise environments. Superconducting qubits have emerged as a frontrunner among many competing technologies, primarily because of their speed of operations, relatively well-developed and offer a promising path toward scalability. Here, we address the challenges of optimizing superconducting qubit hardware through the development of a comprehensive theoretical framework that spans the entire process - from design to the calibration of hardware through quantum gate execution. We develop this framework in four key steps: circuit design, electromagnetic analysis, spectral analysis, and pulse sequencing with calibration. We first refine the qubit's core components - such as capacitance, Josephson junctions, and resonators - to set the foundation for strong performance. The electromagnetic analysis, using the Lumped Oscillator model, allows us to map out the capacitance matrix, ensuring that we minimize spectral dispersion while maximizing coherence times. Following this, we conduct spectral analysis to fine-tune the qubit's frequency spectrum and coherence properties, ensuring that the qubit parameters are optimized. Finally, we focus on pulse sequencing, including pulse-width optimization, DRAG optimization, and randomized benchmarking, to achieve high gate fidelity. We applied this framework to both Transmon and Fluxonium qubits, obtaining results that closely match those found in experimental studies. This work provides a detailed and practical approach to the design, optimization, and calibration of superconducting qubits, contributing to the broader effort to develop scalable quantum computing technologies.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットアーキテクチャの設計は、量子コンピュータの性能がコヒーレンス時間、接続性、低ノイズ環境に大きく依存するため、スケーラブルでフォールトトレラントな量子コンピューティングを実現する上で最も重要な課題の1つである。 超伝導量子ビットは、その動作速度が比較的よく発達し、スケーラビリティへの有望な道を提供するため、多くの競合技術の最前線として登場した。 ここでは、設計から量子ゲート実行によるハードウェアキャリブレーションに至るまで、プロセス全体にわたる包括的な理論フレームワークの開発を通じて、超伝導量子ビットハードウェアを最適化する課題に対処する。 我々は、回路設計、電磁分析、スペクトル分析、校正によるパルスシークエンシングの4つの重要なステップでこの枠組みを開発する。 まず、量子ビットのコアコンポーネント(キャパシタンス、ジョセフソン接合、共振器など)を改良し、強力な性能の基礎を確立します。 Lumped Oscillatorモデルを用いた電磁解析により、コンデンサ行列をマッピングし、コヒーレンス時間を最大化しながらスペクトル分散を最小限に抑えることができる。 次に、スペクトル分析を行い、量子ビットの周波数スペクトルとコヒーレンス特性を微調整し、量子ビットパラメータが最適化されることを保証する。 最後に、パルス幅最適化、DRAG最適化、ランダム化ベンチマークを含むパルスシークエンシングに注目し、高いゲート忠実性を実現する。 我々はこの枠組みをトランスモンおよびフルクソニウム量子ビットの両方に適用し、実験結果とよく一致する結果を得た。 この研究は超伝導量子ビットの設計、最適化、キャリブレーションに対する詳細な実践的なアプローチを提供し、スケーラブルな量子コンピューティング技術を開発するための幅広い取り組みに貢献した。

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