論文の概要: High-performance multiplexed readout of superconducting qubits with a tunable broadband Purcell filter

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.11822v1
• Date: Mon, 15 Sep 2025 12:08:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:23.263122
• Title: High-performance multiplexed readout of superconducting qubits with a tunable broadband Purcell filter
• Title（参考訳）: 可変ブロードバンドパーセルフィルタによる超伝導量子ビットの高速多重読み出し
• Authors: Yuzhe Xiong, Zilin Wang, Jiawei Zhang, Xuandong Sun, Zihao Zhang, Peisheng Huang, Yongqi Liang, Ji Jiang, Jiawei Qiu, Yuxuan Zhou, Xiayu Linpeng, Wenhui Huang, Jingjing Niu, Youpeng Zhong, Ji Chu, Song Liu, Dapeng Yu,
• Abstract要約: 可変ブロードバンドパーセルフィルタを用いて超伝導量子ビットの高速多重読み出しを実演する。 100nsのリードアウトパルスで99.6%のシングルショット読み出し精度を実現し、主にリードアウト中の緩和誤差によって制限される。 100nsパルスを用いた3つのキュービットの同時読み出しは、低いクロストークで平均99.5%の忠実度を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.744725390780953
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fast, high-fidelity, and low back-action readout plays a crucial role in the advancement of quantum error correction (QEC). Here, we demonstrate high-performance multiplexed readout of superconducting qubits using a tunable broadband Purcell filter, effectively resolving the fundamental trade-off between measurement speed and photon-noise-induced dephasing. By dynamically tuning the filter parameters, we suppress photon-noise-induced dephasing by a factor of 7 in idle status, while enabling rapid, high-fidelity readout in measurement status. We achieve 99.6\% single-shot readout fidelity with 100~ns readout pulse, limited primarily by relaxation errors during readout. Using a multilevel readout protocol, we further attain 99.9\% fidelity in 50~ns. Simultaneous readout of three qubits using 100~ns pulses achieves an average fidelity of 99.5\% with low crosstalk. Additionally, the readout exhibits high quantum-nondemolition (QND) performance: 99.4\% fidelity over repeated measurements and a low leakage rate below 0.1\%. Building on the tunable broadband filter, we further propose a scalable readout scheme for surface code QEC with enhanced multiplexing capability, offering a promising solution for fast and scalable QEC.
• Abstract（参考訳）: 高速で高忠実で低バックアクションの読み出しは、量子エラー補正(QEC)の進展において重要な役割を果たす。 本稿では、波長可変ブロードバンドパーセルフィルタを用いて超伝導量子ビットの高速多重読み出しを実演し、測定速度と光子ノイズによる劣化の基本的なトレードオフを効果的に解消する。 フィルタパラメータを動的に調整することにより, アイドル状態の7因子によるフォトンノイズによる劣化を抑制するとともに, 測定状態の迅速かつ高忠実な読み出しを可能にした。 100〜nsのリードアウトパルスで99.6\%のシングルショットリードアウトフィリティを実現し、リードアウト時の緩和誤差によって主に制限される。 マルチレベル読み出しプロトコルを用いて、50~nsで99.9\%の忠実度を得る。 100~nsパルスを用いた3つのキュービットの同時読み出しは、クロストークの少ない平均忠実度99.5\%を達成する。 さらに、リードアウトは高いQND(quantum-nondemolition)性能を示す: 繰り返し測定による99.4\%の忠実度、0.1\%以下の低いリーク率。 可変ブロードバンドフィルタ上に構築し,高速かつスケーラブルなQECのための有望なソリューションを提供するために,多重化機能を強化した曲面コードQECのスケーラブルな読み出し方式を提案する。

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