論文の概要: Ultracoherent superconducting cavity-based multiqudit platform with error-resilient control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.03286v1
• Date: Tue, 03 Jun 2025 18:18:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 21:20:13.999945
• Title: Ultracoherent superconducting cavity-based multiqudit platform with error-resilient control
• Title（参考訳）: 超コヒーレント超伝導キャビティをベースとしたマルチクアディットプラットフォーム
• Authors: Taeyoon Kim, Tanay Roy, Xinyuan You, Andy C. Y. Li, Henry Lamm, Oleg Pronitchev, Mustafa Bal, Sabrina Garattoni, Francesco Crisa, Daniel Bafia, Doga Kurkcuoglu, Roman Pilipenko, Paul Heidler, Nicholas Bornman, David van Zanten, Silvia Zorzetti, Roni Harnik, Akshay Murthy, Shaojiang Zhu, Changqing Wang, Andre Vallieres, Ziwen Huang, Jens Koch, Anna Grassellino, Srivatsan Chakram, Alexander Romanenko, Yao Lu,
• Abstract要約: 2セル楕円形SRF空洞を用いたマルチモード量子システムについて報告する。 設計最適化により,トランスモンデコヒーレンスによる有害な影響を軽減する。 これは、以前の3Dマルチモードメモリよりも桁違いに改善されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 27.987770607023574
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superconducting radio-frequency (SRF) cavities offer a promising platform for quantum computing due to their long coherence times and large accessible Hilbert spaces, yet integrating nonlinear elements like transmons for control often introduces additional loss. We report a multimode quantum system based on a 2-cell elliptical shaped SRF cavity, comprising two cavity modes weakly coupled to an ancillary transmon circuit, designed to preserve coherence while enabling efficient control of the cavity modes. We mitigate the detrimental effects of the transmon decoherence through careful design optimization that reduces transmon-cavity couplings and participation in the dielectric substrate and lossy interfaces, to achieve single-photon lifetimes of 20.6 ms and 15.6 ms for the two modes, and a pure dephasing time exceeding 40 ms. This marks an order-of-magnitude improvement over prior 3D multimode memories. Leveraging sideband interactions and novel error-resilient protocols, including measurement-based correction and post-selection, we achieve high-fidelity control over quantum states. This enables the preparation of Fock states up to $N = 20$ with fidelities exceeding 95%, the highest reported to date to the authors' knowledge, as well as two-mode entanglement with coherence-limited fidelities reaching up to 99.9% after post-selection. These results establish our platform as a robust foundation for quantum information processing, allowing for future extensions to high-dimensional qudit encodings.
• Abstract（参考訳）: 超伝導無線周波数(SRF)キャビティは、長いコヒーレンス時間と大きなヒルベルト空間のために、量子コンピューティングのための有望なプラットフォームを提供するが、制御のためにトランモンのような非線形要素を統合することは、しばしばさらなる損失をもたらす。 本稿では,2セルの楕円形SRFキャビティをベースとしたマルチモード量子システムについて報告する。 我々は、トランスモンデコヒーレンスの劣化を、トランスモン-キャビティ結合と誘電体基板および損失界面への関与を低減し、2つのモードで20.6ms、15.6msの単光子寿命を実現し、40msを超える純粋なデファスティング時間を実現するための設計最適化により軽減する。 測定に基づく補正やポストセレクションを含む、サイドバンド相互作用と新しいエラー耐性プロトコルを活用して、量子状態に対する高忠実性制御を実現する。 これにより、Fockは95%を超える忠実度を持つ最大$N = 20$まで作成でき、これは著者の知る限りでは最も高く、コヒーレンスに制限された忠実度を持つ2モードの絡み合いは、選挙後99.9%まで達する。 これらの結果は、量子情報処理のための堅牢な基盤として我々のプラットフォームを確立し、高次元のquditエンコーディングへの将来の拡張を可能にします。

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