論文の概要: Fast Sideband Control of a Weakly Coupled Multimode Bosonic Memory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.10623v1
- Date: Thu, 13 Mar 2025 17:59:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-14 15:52:08.480467
- Title: Fast Sideband Control of a Weakly Coupled Multimode Bosonic Memory
- Title（参考訳）: 弱結合多モードボソニックメモリの高速サイドバンド制御
- Authors: Jordan Huang, Thomas J. DiNapoli, Gavin Rockwood, Ming Yuan, Prathyankara Narasimhan, Eesh Gupta, Mustafa Bal, Francesco Crisa, Sabrina Garattoni, Yao Lu, Liang Jiang, Srivatsan Chakram,
- Abstract要約: 超伝導キャビティとトランスモンのような非線形回路を備えた回路量子電磁力学は、ハードウェア効率の良い量子情報処理のための有望なプラットフォームを提供する。
分散結合を弱めることにより、このアーキテクチャを実現する上での重要な課題に対処する。
トランスモンを介するサイドバンド相互作用によってゲート速度を動的に増幅することにより,高速かつ高忠実なマルチモード制御を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.767643277178196
- License:
- Abstract: Circuit quantum electrodynamics (cQED) with superconducting cavities coupled to nonlinear circuits like transmons offers a promising platform for hardware-efficient quantum information processing. We address critical challenges in realizing this architecture by weakening the dispersive coupling while also demonstrating fast, high-fidelity multimode control by dynamically amplifying gate speeds through transmon-mediated sideband interactions. This approach enables transmon-cavity SWAP gates, for which we achieve speeds up to 30 times larger than the bare dispersive coupling. Combined with transmon rotations, this allows for efficient, universal state preparation in a single cavity mode, though achieving unitary gates and extending control to multiple modes remains a challenge. In this work, we overcome this by introducing two sideband control strategies: (1) a shelving technique that prevents unwanted transitions by temporarily storing populations in sideband-transparent transmon states and (2) a method that exploits the dispersive shift to synchronize sideband transition rates across chosen photon-number pairs to implement transmon-cavity SWAP gates that are selective on photon number. We leverage these protocols to prepare Fock and binomial code states across any of ten modes of a multimode cavity with millisecond cavity coherence times. We demonstrate the encoding of a qubit from a transmon into arbitrary vacuum and Fock state superpositions, as well as entangled NOON states of cavity mode pairs\textemdash a scheme extendable to arbitrary multimode Fock encodings. Furthermore, we implement a new binomial encoding gate that converts arbitrary transmon superpositions into binomial code states in $\qty{4}{\micro\second}$ (less than $1/\chi$), achieving an average post-selected final state fidelity of $\qty{96.3}{\percent}$ across different fiducial input states.
- Abstract（参考訳）: トランスモンのような非線形回路に超伝導キャビティを結合した回路量子力学(cQED)は、ハードウェア効率の量子情報処理のための有望なプラットフォームを提供する。
このアーキテクチャを実現する上で重要な課題は、分散結合の弱化と、トランスモンを介するサイドバンド相互作用によるゲート速度の動的増幅による高速かつ高忠実なマルチモード制御の実証である。
このアプローチにより、トランスモンキャビティSWAPゲートが実現でき、素分散結合の最大30倍の速度を実現することができる。
トランスモン回転と組み合わせることで、単一のキャビティモードでの効率的で普遍的な状態の準備が可能になるが、ユニタリゲートの実現と複数のモードへの制御は依然として困難である。
本研究は,(1)サイドバンド・トランスモン状態の集団を一時的に保存して不要な遷移を防止するシェルヴィング手法,(2)選択した光子数対間でのサイドバンド遷移速度の同期化を利用して,光子数に選択的なトランスモン・キャビティSWAPゲートを実装する方法である。
我々はこれらのプロトコルを利用して、ミリ秒のキャビティコヒーレンス時間を持つ10モードの多モードキャビティのいずれにおいても、フォックおよび二項符号状態を作成する。
我々は、トランモンから任意の真空およびフォック状態重畳への量子ビットの符号化とキャビティモードペアの絡み合ったNOON状態の符号化を実証する。
さらに、任意のトランスモン重ね合わせを$\qty{4}{\micro\second}$(1/\chi$未満)のバイナリコード状態に変換する新しい二項符号化ゲートを実装する。
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