論文の概要: Systematic Construction of Time-Dependent Hamiltonians for Microwave-Driven Josephson Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20743v1
- Date: Tue, 23 Dec 2025 19:56:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.587309
- Title: Systematic Construction of Time-Dependent Hamiltonians for Microwave-Driven Josephson Circuits
- Title（参考訳）: マイクロ波駆動ジョセフソン回路のための時間依存ハミルトニアンの体系的構成
- Authors: Yao Lu, Tianpu Zhao, André Vallières, Kevin C. Smith, Daniel Weiss, Xinyuan You, Yaxing Zhang, Suhas Ganjam, Aniket Maiti, John W. O. Garmon, Shantanu Mundhada, Ziwen Huang, Ian Mondragon-Shem, Steven M. Girvin, Jens Koch, Robert J. Schoelkopf,
- Abstract要約: 時間依存電磁駆動は、超伝導ジョセフソン回路を含む複雑な量子システムを制御するための基本となる。
ブラックボックス量子化のような既存の数値法は、ジョセフソン回路の静的ハミルトニアンをモデル化するのに優れている。
本稿では、有限要素解法で効率的に実行できる古典的マイクロ波シミュレーションを利用する新しい数値手法を提案する。
複素電磁環境下での現実的な回路素子の駆動特性を特徴付けることにより,本手法の汎用性を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.271522042663643
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Time-dependent electromagnetic drives are fundamental for controlling complex quantum systems, including superconducting Josephson circuits. In these devices, accurate time-dependent Hamiltonian models are imperative for predicting their dynamics and designing high-fidelity quantum operations. Existing numerical methods, such as black-box quantization (BBQ) and energy-participation ratio (EPR), excel at modeling the static Hamiltonians of Josephson circuits. However, these techniques do not fully capture the behavior of driven circuits stimulated by external microwave drives, nor do they include a generalized approach to account for the inevitable noise and dissipation that enter through microwave ports. Here, we introduce novel numerical techniques that leverage classical microwave simulations that can be efficiently executed in finite element solvers, to obtain the time-dependent Hamiltonian of a microwave-driven superconducting circuit with arbitrary geometries. Importantly, our techniques do not rely on a lumped-element description of the superconducting circuit, in contrast to previous approaches to tackling this problem. We demonstrate the versatility of our approach by characterizing the driven properties of realistic circuit devices in complex electromagnetic environments, including coherent dynamics due to charge and flux modulation, as well as drive-induced relaxation and dephasing. Our techniques offer a powerful toolbox for optimizing circuit designs and advancing practical applications in superconducting quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 時間依存電磁駆動は、超伝導ジョセフソン回路を含む複雑な量子システムを制御するための基本となる。
これらのデバイスでは、正確な時間依存ハミルトニアンモデルは、それらのダイナミクスを予測し、高忠実度量子演算を設計するために必須である。
ブラックボックス量子化(BBQ)やエネルギー参加比(EPR)といった既存の数値法は、ジョセフソン回路の静的ハミルトニアンをモデル化する上で優れている。
しかし、これらの技術は、外部マイクロ波駆動によって刺激される駆動回路の挙動を完全には捉えていないし、マイクロ波ポートを通過する必然的なノイズや散逸を考慮に入れた一般的なアプローチも含んでいる。
ここでは、有限要素ソルバで効率的に実行できる古典マイクロ波シミュレーションを利用する新しい数値手法を導入し、任意のジオメトリを持つマイクロ波駆動超伝導回路の時間依存ハミルトニアンを得る。
重要なことは、この問題を解決するための従来のアプローチとは対照的に、我々の技術は超伝導回路のラッピング要素記述に依存していない。
電荷とフラックス変調によるコヒーレントダイナミクスを含む複雑な電磁環境下での現実的な回路素子の駆動特性を特徴付けるとともに,駆動誘起緩和やデファス化により,本手法の汎用性を示す。
我々の技術は、回路設計を最適化し、超伝導量子コンピューティングの実用化を推進するための強力なツールボックスを提供する。
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