論文の概要: Fast, high-fidelity Transmon readout with intrinsic Purcell protection via nonperturbative cross-Kerr coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.04975v1
• Date: Thu, 08 Jan 2026 14:25:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-09 17:01:53.232151
• Title: Fast, high-fidelity Transmon readout with intrinsic Purcell protection via nonperturbative cross-Kerr coupling
• Title（参考訳）: 非摂動型クロスカーカップリングによる内在性パーセル保護を用いた高速高忠実トランスモンリードアウト
• Authors: Guillaume Beaulieu, Jun-Zhe Chen, Marco Scigliuzzo, Othmane Benhayoune-Khadraoui, Alex A. Chapple, Peter A. Spring, Alexandre Blais, Pasquale Scarlino,
• Abstract要約: 超伝導量子ビットの分散可読化は、量子ビットと読み出し共振器をハイブリダイズする逆容量結合に依存する。 ここでは、強い量子ビット-共振器間相互作用を実現する単純なアーキテクチャであるジャンクション・リードアウトを示す。 我々は,外部パーセルフィルタや近量子制限増幅器を使わずに,68 ns積分時間と98.4 %QND忠実度で99.4 %の割当忠実度を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.077117390930034
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Dispersive readout of superconducting qubits relies on a transverse capacitive coupling that hybridizes the qubit with the readout resonator, subjecting the qubit to Purcell decay and measurement-induced state transitions (MIST). Despite the widespread use of Purcell filters to suppress qubit decay and near-quantum-limited amplifiers, dispersive readout often lags behind single- and two-qubit gates in both speed and fidelity. Here, we experimentally demonstrate junction readout, a simple readout architecture that realizes a strong qubit-resonator cross-Kerr interaction without relying on a transverse coupling. This interaction is achieved by coupling a transmon qubit to its readout resonator through both a capacitance and a Josephson junction. By varying the qubit frequency, we show that this hybrid coupling provides intrinsic Purcell protection and enhanced resilience to MIST, enabling readout at high photon numbers. While junction readout is compatible with conventional linear measurement, in this work we exploit the nonlinear coupling to intentionally engineer a large Kerr nonlinearity in the resonator, enabling bifurcation-based readout. Using this approach, we achieve a 99.4 % assignment fidelity with a 68 ns integration time and a 98.4 % QND fidelity without an external Purcell filter or a near-quantum-limited amplifier. These results establish the junction readout architecture with bifurcation-based readout as a scalable and practical alternative to dispersive readout, enabling fast, high-fidelity qubit measurement with reduced hardware overhead.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットの分散可読化は、キュービットとリードアウト共振器をハイブリダイズする逆容量結合に依存し、キュービットはパーセル崩壊と測定誘起状態遷移(MIST)を受ける。 量子ビット減衰とほぼ量子制限増幅器を抑えるためにパーセルフィルタが広く使用されているにもかかわらず、分散読み出しは、スピードとフィデリティの両方においてシングルビットと2ビットのゲートよりも遅れることが多い。 ここでは, 逆結合に頼ることなく, 強い量子-共振器間相互作用を実現する, 単純な読み出しアーキテクチャであるジャンクション・リードアウトを実験的に示す。 この相互作用は、トランスモン量子ビットをキャパシタンスとジョセフソン接合の両方を通してリードアウト共振器に結合することで達成される。 量子ビット周波数を変化させることで、このハイブリッド結合は本質的なパーセル保護とMISTに対するレジリエンスを高め、高い光子数での読み出しを可能にすることを示す。 ジャンクションの読み出しは従来の線形測定と互換性があるが、この研究では非線形結合を利用して共振器内の大きなカーの非線形性を意図的に設計し、分岐に基づく読み出しを可能にする。 このアプローチを用いて,外部Purcellフィルタや近量子制限増幅器を使わずに,68 ns積分時間と98.4 %QND忠実度で99.4 %の割当忠実度を実現する。 これらの結果から,ハードウェアオーバーヘッドを低減した高速かつ高忠実な量子ビット計測を実現するために,分岐型読み出しによるジャンクション読み出しアーキテクチャを,分散読み出しのスケーラブルで実用的な代替手段として確立した。

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