論文の概要: Noise-Aware Entanglement Generation Protocols for Superconducting Qubits with Impedance-Matched FBAR Transducers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.07253v2
• Date: Sun, 13 Apr 2025 23:35:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-15 13:21:44.700765
• Title: Noise-Aware Entanglement Generation Protocols for Superconducting Qubits with Impedance-Matched FBAR Transducers
• Title（参考訳）: インピーダンス整合FBARトランスデューサを用いた超電導量子ビットの雑音対応エンタングル生成プロトコル
• Authors: Erin Sheridan, Michael Senatore, Samuel Schwab, Eric Aspling, Taylor Wagner, James Schneeloch, Stephen McCoy, Daniel Campbell, David Hucul, Zachary Smith, Matthew LaHaye,
• Abstract要約: 我々は、拡張バターワース・ヴァン・ダイク(BVD)モデルを用いて変換効率を最適化し、薄膜バルク音響共振器(FBAR)トランスデューサの雑音を付加する。 加算雑音の最小化や変換効率の最大化を図った整合回路を持つトランスデューサに対して、理論的には160;mathrmkHz$以上の絡み合い発生率が達成できると推定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Connecting superconducting quantum processors to telecommunications-wavelength quantum networks is critically necessary to enable distributed quantum computing, secure communications, and other applications. Optically-mediated entanglement heralding protocols offer a near-term solution that can succeed with imperfect components, including sub-unity efficiency microwave-optical quantum transducers. The viability and performance of these protocols relies heavily on the properties of the transducers used: the conversion efficiency, resonator lifetimes, and added noise in the transducer directly influence the achievable entanglement generation rate and fidelity of an entanglement generation protocol. Here, we use an extended Butterworth-van Dyke (BVD) model to optimize the conversion efficiency and added noise of a Thin Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) piezo-optomechanical transducer. We use the outputs from this model to calculate the fidelity of one-photon and two-photon entanglement heralding protocols in a variety of operating regimes. For transducers with matching circuits designed to either minimize the added noise or maximize conversion efficiency, we theoretically estimate that entanglement generation rates of greater than $160\;\mathrm{kHz}$ can be achieved at moderate pump powers with fidelities of $>90\%$. This is the first time a BVD equivalent circuit model is used to both optimize the performance of an FBAR transducer and to directly inform the design and implementation of an entanglement generation protocol. These results can be applied in the near term to realize quantum networks of superconducting qubits with realistic experimental parameters.
• Abstract（参考訳）: 分散量子コンピューティング、セキュア通信、その他のアプリケーションを実現するためには、超伝導量子プロセッサと通信波長量子ネットワークの接続が不可欠である。 光を介するエンタングルメント・ヘラルディングプロトコルは、サブユニティ効率のマイクロ波-光量子トランスデューサを含む不完全成分を成功させる、短期的なソリューションを提供する。 これらのプロトコルの生存性と性能は、変換効率、共振器寿命、およびトランスデューサに付加されたノイズが、エンタングルメント生成プロトコルの達成可能なエンタングルメント生成率と忠実性に直接影響する、トランスデューサの特性に大きく依存する。 ここでは、拡張バターワース・ヴァン・ダイク(BVD)モデルを用いて変換効率を最適化し、薄膜バルク音響共振器(FBAR)ピエゾ-オプトメカニカルトランスデューサの雑音を付加する。 このモデルから得られた出力を用いて、様々なオペレーティングシステムにおける1光子と2光子の絡み合いプロトコルの忠実度を計算する。 加算雑音の最小化や変換効率の最大化を図った整合回路を持つトランスデューサに対しては, エンタングルメント生成率が160\;\mathrm{kHz}$以上であれば, 90\%$の忠実度を持つ中程度のポンプパワーで実現できると理論的に推定する。 これは、FBARトランスデューサの性能を最適化し、絡み合い発生プロトコルの設計と実装を直接通知するBVD等価回路モデルが初めてである。 これらの結果は、近い将来、現実的な実験パラメータを持つ超伝導量子ビットの量子ネットワークを実現するために応用できる。

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