論文の概要: High-power readout of a transmon qubit using a nonlinear coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.03642v1
• Date: Fri, 04 Jul 2025 15:15:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-08 15:46:34.81652
• Title: High-power readout of a transmon qubit using a nonlinear coupling
• Title（参考訳）: 非線形結合を用いたトランスモン量子ビットの高出力読み出し
• Authors: Cyril Mori, Vladimir Milchakov, Francesca D'Esposito, Lucas Ruela, Shelender Kumar, Vishnu Narayanan Suresh, Waël Ardati, Dorian Nicolas, Quentin Ficheux, Nicolas Roch, Tomás Ramos, Olivier Buisson,
• Abstract要約: 本研究では,トランスモン量子ビットとその読み出しモード間の非線形結合が,高忠実度量子ビット読み出しを実現することを示す。 その結果、高忠実度量子ビット読み出しのための高出力状態におけるトランスモン分子の有望な性能が明らかとなった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The field of superconducting qubits is constantly evolving with new circuit designs. However, when it comes to qubit readout, the use of simple transverse linear coupling remains overwhelmingly prevalent. This standard readout scheme has significant drawbacks: in addition to the Purcell effect, it suffers from a limitation on the maximal number of photons in the readout mode, which restricts the signal-to-noise ratio (SNR) and the Quantum Non-Demolition (QND) nature of the readout. Here, we explore the high-power regime by engineering a nonlinear coupling between a transmon qubit and its readout mode. Our approach builds upon previous work by Dassonneville et al. [Physical Review X 10, 011045 (2020)], on qubit readout with a non-perturbative cross-Kerr coupling in a transmon molecule. We demonstrate a readout fidelity of 99.21% with 89 photons utilizing a parametric amplifier. At this elevated photon number, the QND nature remains high at 96.7%. Even with up to 300 photons, the QNDness is only reduced by a few percent. This is qualitatively explained by deriving a critical number of photons associated to the nonlinear coupling, yielding a theoretical value of $\bar{n}_r^\text{crit} = 377$ photons for our sample's parameters. These results highlight the promising performance of the transmon molecule in the high-power regime for high-fidelity qubit readout.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットの磁場は新しい回路設計で常に進化している。 しかし、キュービットの読み出しに関しては、単純な横線形結合の使用は依然として圧倒的に多い。 この標準的な読み出し方式には大きな欠点があり、パーセル効果に加えて、読み出しモードにおける最大光子数の制限に悩まされ、読み出しモードの信号対雑音比(SNR)と量子非劣化(QND)の性質が制限される。 ここでは,トランスモン量子ビットと読み出しモードとの非線形結合を工学的に行うことにより,高出力化を探求する。 我々のアプローチは、トランスモン分子における非摂動的クロスカーカップリングを持つ量子ビットの読み出しに関する、Dassonnevilleらによる以前の研究に基づいている。 パラメトリック増幅器を用いた89光子を用いた99.21%の読み出し精度を示す。 この高い光子数では、QNDの性質は96.7%である。 最大300個の光子があるとしても、QNDnessはわずか数パーセントしか減少しない。 これは、非線形結合に付随する臨界数の光子を導出し、サンプルのパラメータに対して$\bar{n}_r^\text{crit} = 377$の理論的値を得ることによって定性的に説明される。 これらの結果は、高忠実度量子ビット読み出しのための高出力状態におけるトランスモン分子の有望な性能を浮き彫りにした。

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