論文の概要: Coherence-limited digital control of a superconducting qubit using a Josephson pulse generator at 3 K

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.07962v1
• Date: Mon, 08 Dec 2025 19:00:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-10 22:28:07.694131
• Title: Coherence-limited digital control of a superconducting qubit using a Josephson pulse generator at 3 K
• Title（参考訳）: 3Kにおけるジョセフソンパルス発生器を用いた超伝導量子ビットのコヒーレンス制限ディジタル制御
• Authors: M. A. Castellanos-Beltran, A. J. Sirois, L. Howe, D. I. Olaya, J. Biesecker, S. P. Benz, P. F. Hopkins,
• Abstract要約: 低温単一磁束量子(SFQ)電子は、量子ビットの測定と制御の代替手段を提供することができる。 近年,超伝導量子ビットに結合したSFQ回路を用いた単一量子ビット制御と読み出しが実証されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Compared to traditional semiconductor control electronics (TSCE) located at room temperature, cryogenic single flux quantum (SFQ) electronics can provide qubit measurement and control alternatives that address critical issues related to scalability of cryogenic quantum processors. Single-qubit control and readout have been demonstrated recently using SFQ circuits coupled to superconducting qubits. Experiments where the SFQ electronics are co-located with the qubit have suffered from excess decoherence and loss due to quasiparticle poisoning of the qubit. A previous experiment by our group showed that moving the control electronics to the 3 K stage of the dilution refrigerator avoided this source of decoherence in a high-coherence 3D transmon geometry. In this paper, we also generate the pulses at the 3 K stage but have optimized the qubit design and control lines for scalable 2D transmon devices. We directly compare the qubit lifetime $T_1$, coherence time $T_2^*$ and gate fidelity when the qubit is controlled by the Josephson pulse generator (JPG) circuit versus the TSCE setup. We find agreement to within the daily fluctuations for $T_1$ and $T_2^*$, and agreement to within 10% for randomized benchmarking. We also performed interleaved randomized benchmarking on individual JPG gates demonstrating an average error per gate of $0.46$% showing good agreement with what is expected based on the qubit coherence and higher-state leakage. These results are an order of magnitude improvement in gate fidelity over our previous work and demonstrate that a Josephson microwave source operated at 3 K is a promising component for scalable qubit control.
• Abstract（参考訳）: 室温にある従来の半導体制御エレクトロニクス(TSCE)と比較して、低温単一磁束量子(SFQ)電子は、低温量子プロセッサのスケーラビリティに関する重要な問題に対処する量子ビット計測と制御の代替を提供することができる。 近年,超伝導量子ビットに結合したSFQ回路を用いた単一量子ビット制御と読み出しが実証されている。 SFQ電子がクビットと同一位置にある実験は、クビットの準粒子中毒による過剰なデコヒーレンスと損失に悩まされている。 我々のグループによる以前の実験では、制御電子回路を希釈冷蔵庫の3Kステージに移動させることで、高コヒーレンスな3Dトランスモン形状のデコヒーレンスを回避することができた。 本稿では,3K段階のパルスも生成するが,スケーラブルな2Dトランスモンデバイスにキュービット設計と制御ラインを最適化した。 我々は、クビット寿命$T_1$、コヒーレンス時間$T_2^*$、および、クビットがジョセフソンパルス発生器(JPG)回路で制御されるときのゲート忠実度を直接比較する。 我々は、毎日の変動に$T_1$と$T_2^*$で合意し、ランダム化ベンチマークで10%以内の合意を得る。 また,各JPGゲートの平均誤差は0.46$%であり,キュービットのコヒーレンスと高レベルリークに基づく期待値との整合性を示した。 これらの結果は,3Kで動作するジョセフソンマイクロ波源がスケーラブルな量子ビット制御のための有望な成分であることを示すものである。

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