論文の概要: Flexible Readout and Unconditional Reset for Superconducting Multi-Qubit Processors with Tunable Purcell Filters

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.06988v1
• Date: Wed, 09 Jul 2025 16:11:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-10 17:37:43.663777
• Title: Flexible Readout and Unconditional Reset for Superconducting Multi-Qubit Processors with Tunable Purcell Filters
• Title（参考訳）: 可変パーセルフィルタを用いた超電導多ビットプロセッサのフレキシブル読み出しと無条件リセット
• Authors: Yong-Xi Xiao, Da'er Feng, Xu-Yang Gu, Gui-Han Liang, Ming-Chuan Wang, Zheng-Yu Peng, Bing-Jie Chen, Yu Yan, Zheng-Yang Mei, Si-Lu Zhao, Yi-Zhou Bu, Cheng-Lin Deng, Xiaohui Song, Dongning Zheng, Yu-Xiang Zhang, Yun-Hao Shi, Zhongcheng Xiang, Kai Xu, Heng Fan,
• Abstract要約: 超伝導量子ビットに対する周波数可変非線形パーセルフィルタを用いたスケーラブルなアーキテクチャを提案する。 本プロトコルは, 可変フィルタを用いて, リードアウト共振器の有効線路幅を動的に調整する。 フィルタは光子ノイズとパーセル効果の両方を抑制し、クビットデコヒーレンスを低減する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.09288466152965
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Qubit readout and reset are critical components for the practical realization of quantum computing systems, as outlined by the DiVincenzo criteria. Here, we present a scalable architecture employing frequency-tunable nonlinear Purcell filters designed specifically for superconducting qubits. This architecture enables flexible readout and unconditional reset functionalities. Our readout protocol dynamically adjusts the effective linewidth of the readout resonator through a tunable filter, optimizing the signal-to-noise ratio during measurement while suppressing photon noise during idle periods. Achieving a readout fidelity of $99.3\%$ without using Josephson parametric amplifiers or traveling-wave parametric amplifiers, even with a small dispersive shift, demonstrates its effectiveness. For reset operations, our protocol utilizes the tunable coupler adjacent to the target qubit as an intermediary to channel qubit excitations into the Purcell filter, enabling rapid dissipation. We demonstrate unconditional reset of both leakage-induced $|2\rangle$ and $|1\rangle$ states within 200 ns (error rate $\leq1\%$), and reset of the $|1\rangle$ state alone in just 75 ns. Repeated reset cycles ($\leq600$ ns) further reduce the error rate below $0.1\%$. Furthermore, the filter suppresses both photon noise and the Purcell effect, thereby reducing qubit decoherence. This scalable Purcell filter architecture shows exceptional performance in qubit readout, reset, and protection, marking it as a promising hardware component for advancing fault-tolerant quantum computing systems.
• Abstract（参考訳）: ビットの読み出しとリセットは、Divincenzoの基準で概説されているように、量子コンピューティングシステムの実用的な実現のための重要な要素である。 本稿では、超伝導量子ビットに特化して設計された周波数可変非線形パーセルフィルタを用いたスケーラブルアーキテクチャを提案する。 このアーキテクチャは、柔軟な読み出しと無条件のリセット機能を実現する。 我々の読み出しプロトコルは、波長調整可能なフィルタにより、有効リニア幅を動的に調整し、アイドル期間中の光子雑音を抑えながら測定中の信号-雑音比を最適化する。 ジョセフソンパラメトリック増幅器や走行波パラメトリック増幅器を使わずに99.3\%の読み出し精度を達成することは、小さな分散シフトであってもその効果を示す。 リセット操作では、ターゲットキュービットに隣接する調整可能なカプラを仲介として、Purcellフィルタにキュービットの励起を流し込み、迅速な送出を可能にする。 リークによって引き起こされた$|2\rangle$と$|1\rangle$状態の条件なしリセット(エラーレート$\leq1\%$)と、$|1\rangle$状態のリセットをわずか75 nsで示す。 繰り返しリセットされたサイクル($\leq600$ ns)はさらにエラー率を0.1\%$以下に下げる。 さらに、フィルタは光子ノイズとパーセル効果の両方を抑制し、クビットデコヒーレンスを低減する。 このスケーラブルなPurcellフィルタアーキテクチャは、量子ビットの読み出し、リセット、保護において例外的な性能を示し、フォールトトレラントな量子コンピューティングシステムを進める上で有望なハードウェアコンポーネントとしてマークしている。

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