論文の概要: Crosstalk Dispersion and Spatial Scaling in Superconducting Qubit Arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.18148v1
• Date: Sat, 20 Dec 2025 00:08:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-23 18:54:32.209359
• Title: Crosstalk Dispersion and Spatial Scaling in Superconducting Qubit Arrays
• Title（参考訳）: 超電導クビットアレイにおけるクロストーク分散と空間スケーリング
• Authors: Mohammed Alghadeer, Simon Pettersson Fors, Shuxiang Cao, Simone D. Fasciati, Haru Ishizaka, Anton Frisk Kockum, Peter Leek, Mustafa Bakr,
• Abstract要約: 量子ビット間のクロストークは、量子プロセッサのスケーラビリティを根本的に制限する。 我々は、隣接量子ビットと非隣接量子ビットの間の残留相互作用をキャプチャする理論的および実験的枠組みを開発する。 我々のフレームワークは、大規模量子プロセッサにおけるクロストーク緩和のための設計ガイダンスを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5621251909851629
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Crosstalk between qubits fundamentally limits the scalability of quantum processors, necessitating physics-based models that can handle the complexity of large qubit arrays. Here, we develop a comprehensive theoretical and experimental framework that captures residual interactions between both adjacent and non-adjacent qubits in fixed-frequency transmon lattices. The model integrates the combined effects of exponential localization in banded capacitance matrices, suppression of virtual couplings through detuning products across intermediate modes, and evanescent decay of below-cutoff electromagnetic fields, yielding predictive scaling relations for coupling strength as a function of spatial separation and spectral detuning. Experimental characterization of a $4 \times 4$ superconducting-qubit lattice with inductive shunt pillars reveals exponential spatial decay and frequency-dependent suppression consistent with theoretical predictions, achieving quantitative agreement for all nearest-neighbor couplings across the \qtyrange[range-phrase = --, range-units = single]{4}{6}{\giga\hertz} operating range. Our results show that standard dispersive Hamiltonian approximations systematically overestimate long-range coupling when spatial and spectral dependencies are neglected; these errors propagate into circuit simulation and design strategies. Our framework provides design guidance for crosstalk mitigation in larger-scale quantum processors under realistic fabrication constraints, addressing a bottleneck in scalability.
• Abstract（参考訳）: 量子ビット間のクロストークは量子プロセッサのスケーラビリティを根本的に制限し、大きな量子ビット配列の複雑さを処理できる物理ベースのモデルを必要とする。 そこで我々は, 隣接量子ビットと非隣接量子ビットの両方の残留相互作用を, 固定周波数トランスモン格子で捉えるための, 包括的理論的および実験的枠組みを開発する。 このモデルでは,帯域容量行列の指数的局所化,中間モード間の分解生成物による仮想結合の抑制,および下限電磁界のエバネッセント崩壊を組み合わせ,空間分離とスペクトル変形の関数として結合強度の予測スケーリング関係を導出する。 誘導性シャント柱を持つ4 \times 4$の超伝導量子ビット格子の実験的特性は、理論的な予測と一致する指数的空間減衰と周波数依存的なレグレッションを示し、qtyrange[range-phrase = --, range-units = single]{4}{6}{\giga\hertz} 操作範囲をまたいだすべての近傍結合の定量的な一致を達成する。 その結果,空間的およびスペクトル的依存関係が無視された場合,標準分散ハミルトニアン近似が系統的に長距離結合を過大評価することを示し,これらの誤差は回路シミュレーションや設計戦略に伝播することがわかった。 我々のフレームワークは、現実的な製造制約下での大規模量子プロセッサにおけるクロストーク緩和のための設計ガイダンスを提供し、スケーラビリティのボトルネックに対処する。

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