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/2507.06988v2
- Date: Thu, 17 Jul 2025 05:25:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-18 13:45:37.427032
- 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, Kai Yang, Ye Tian, Xiaohui Song, Dongning Zheng, Yu-Xiang Zhang, Yun-Hao Shi, Zhongcheng Xiang, Kai Xu, Heng Fan,
- Abstract要約: 本稿では、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示し、超電導量子ビットのフレキシブルな読み出しと高速な非条件リセットを可能にする。
我々は、小さな分散シフトであっても、量子制限増幅器を使わずに99.3%の読み出し精度を達成する。
このアーキテクチャは、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。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.38844783880794
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Achieving high-fidelity qubit readout and reset while preserving qubit coherence is essential for quantum error correction and other advanced quantum algorithms. Here, we design and experimentally demonstrate a scalable architecture employing frequency-tunable nonlinear Purcell filters, enabling flexible readout and fast unconditional reset of multiple superconducting qubits. Our readout protocol dynamically adjusts the effective linewidth of the readout resonator through a tunable Purcell filter, optimizing the signal-to-noise ratio during measurement while suppressing photon noise during idle periods. We achieve a readout fidelity of $99.3\%$ without any quantum-limited amplifier, even with a small dispersive shift. Moreover, by leveraging a reset channel formed via the adjacent coupling between the filter and the coupler, we realize unconditional qubit reset of both leakage-induced $|2\rangle$ and $|1\rangle$ states within 200 ns and reset of the $|1\rangle$ state alone within 75 ns, with error rates $\leq 1\%$. The filter also mitigates both photon-induced dephasing and the Purcell effect, thereby preserving qubit coherence. 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）: 量子誤り訂正や他の高度な量子アルゴリズムにおいて、量子ビットコヒーレンスを保ちながら高忠実な量子ビット読み出しとリセットを実現することが不可欠である。
本稿では,複数の超伝導量子ビットのフレキシブルな読み出しと高速な非条件リセットを実現するために,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設計および実験的に実証する。
我々の読み出しプロトコルは、チューナブルパーセルフィルタにより読み出し共振器の有効線幅を動的に調整し、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。
我々は、小さな分散シフトであっても、量子制限増幅器を使わずに99.3\%の読み出しフィリティを達成する。
さらに、フィルタとカプラの隣接結合によって形成されたリセットチャネルを利用して、200 ns以内のリーク誘起$|2\rangle$と$|1\rangle$状態の無条件量子ビットリセットと75 ns未満の$|1\rangle$状態のリセットを実現し、エラーレート$\leq 1\%$となる。
また、このフィルターは光子誘発脱落とパーセル効果の両方を緩和し、クビットコヒーレンスを保存する。
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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