論文の概要: Engineering a Multi-Mode Purcell Filter for Superconducting-Qubit Reset and Readout with Intrinsic Purcell Protection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.04676v1
• Date: Mon, 07 Jul 2025 05:46:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-08 15:46:35.285825
• Title: Engineering a Multi-Mode Purcell Filter for Superconducting-Qubit Reset and Readout with Intrinsic Purcell Protection
• Title（参考訳）: 固有パーセル保護による超電導量子ビットリセット・リードアウトのための多モードパーセルフィルタの設計
• Authors: Xu-Yang Gu, Da'er Feng, Zhen-Yu Peng, Gui-Han Liang, Yang He, Yongxi Xiao, Ming-Chuan Wang, Yu Yan, Bing-Jie Chen, Zheng-Yang Mei, Yi-Zhou Bu, Jia-Chi Zhang, Jia-Cheng Song, Cheng-Lin Deng, Xiaohui Song, Dongning Zheng, Kai Xu, Zhongcheng Xiang, Heng Fan,
• Abstract要約: 超伝導量子回路におけるマルチモードパーセルフィルタを用いて、量子ビットリセットと読み出しに対するモード効率のアプローチを示す。 これはマイクロ波共振器の異なる順序モードを利用して異なる量子ビット演算を行う最初の実験である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.768431070160563
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Efficient qubit reset and leakage reduction are essential for scalable superconducting quantum computing, particularly in the context of quantum error correction. However, such operations often require additional on-chip components. Here, we propose and experimentally demonstrate a mode-efficient approach to qubit reset and readout using a multi-mode Purcell filter in a superconducting quantum circuit. We exploit the inherent multi-mode structure of a coplanar waveguide resonator, using its fundamental and second-order modes for qubit reset and readout, respectively, thereby avoiding additional circuit elements. Implemented in a flip-chip architecture, our device achieves unconditional reset with residual excitation below 1% in 220 ns, and a leakage reduction unit that selectively resets the second excited state within 62 ns. Simulations predict Purcell-limited relaxation times exceeding 1 ms over an 800 MHz bandwidth. To our knowledge, this is the first experimental trial that exploits different-order modes of a microwave resonator for distinct qubit operations, representing a new direction toward scalable, mode-efficient quantum processor design.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットの効率的なリセットとリーク低減は、スケーラブルな超伝導量子コンピューティング、特に量子エラー補正の文脈において不可欠である。 しかし、そのような操作は、しばしば追加のオンチップコンポーネントを必要とする。 本稿では,超伝導量子回路におけるマルチモードパーセルフィルタを用いて,量子ビットリセットと読み出しに対するモード効率のアプローチを実験的に提案する。 我々は,コプラナー導波路共振器の固有多モード構造を利用して,基本モードと2次モードをそれぞれ量子ビットリセットと読み出しモードに利用し,追加回路要素の回避を図る。 フリップチップアーキテクチャで実装され、220 nsで1%未満の残励起で無条件リセットを実現し、62 nsで第2の励起状態を選択的にリセットするリーク低減ユニットを試作した。 シミュレーションは、800MHzの帯域上で1ミリ秒を超えるPurcell制限緩和時間を予測している。 我々の知る限り、これはマイクロ波共振器の異なる順序モードを利用して異なる量子ビット演算を行い、スケーラブルでモード効率のよい量子プロセッサ設計への新たな方向性を示す最初の実験である。

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