論文の概要: A Tunable, Modeless, and Hybridization-free Cross-Kerr Coupler for Miniaturized Superconducting Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.03186v1
• Date: Tue, 03 Feb 2026 06:56:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.298157
• Title: A Tunable, Modeless, and Hybridization-free Cross-Kerr Coupler for Miniaturized Superconducting Qubits
• Title（参考訳）: 小型超電導量子ビット用チューナブル・モードレス・ハイブリダイゼーションフリークロスカー結合器
• Authors: Gihwan Kim, Andreas Butler, Oskar Painter,
• Abstract要約: 超伝導量子回路は典型的には、量子ビットを制御するために容量電荷ベースの線形結合スキームを使用する。 比較的小さなジョセフソンエネルギーを持つSQUID(超伝導量子干渉デバイス)カプラに基づく接合型結合アーキテクチャを提案する。 追加モードを導入することなく,高速かつ断熱的かつ高忠実な制御Zゲートを実装するために,SQUIDカプラを使用できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1470070927586018
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Superconducting quantum circuits typically use capacitive charge-based linear coupling schemes to control interactions between elements such as qubits. While simple and effective, this coupling scheme makes it difficult to satisfy competing circuit design requirements such as maintaining large qubit anharmonicity and coherence along with a high degree of qubit connectivity and packing density. Moreover, tunable interactions using linear coupling elements produce dynamical variations in mode hybridization, which can induce non-adiabatic transitions, resulting in leakage errors and limiting gate speeds. In this work we attempt to address these challenges by proposing a junction-based coupling architecture based on SQUID (superconducting quantum interference device) couplers with relatively small Josephson energies. SQUID couplers provide intrinsic cross-Kerr interactions that can be controlled by external fluxes and that do not rely on mode hybridization. The small Josephson energies of the coupler maintain the interaction at a perturbative scale, which limits undesired higher-order mixing between coupled elements while achieving a sufficiently strong cross-Kerr interaction originating from diagonal coupling elements. Based on these properties, we show that a SQUID coupler can be used to implement a fast, adiabatic, and high-fidelity controlled-Z gate without introducing extra modes, and the operation is robust against junction asymmetry for high-frequency qubits. Although unconventional crosstalk may arise due to junction asymmetries and parasitic hybridization with spectator qubits, we show that these effects are sufficiently small for realistic circuit parameters. As an example of the utility of such junction-based coupling schemes, we present a scalable tiling strategy for a miniaturized superconducting quantum processor based on merged-element transmon qubits.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子回路は典型的には、量子ビットのような要素間の相互作用を制御するために、容量的な電荷ベースの線形結合スキームを使用する。 単純かつ効果的であるが、この結合方式は、高い量子ビット接続性とパッキング密度とともに、大きな量子ビットアンハーモニック性とコヒーレンスを維持するなど、競合する回路設計要件を満たすことを困難にしている。 さらに、線形結合要素を用いたチューニング可能な相互作用はモードハイブリダイゼーションの動的変化をもたらし、非断熱遷移を誘発し、リークエラーとゲート速度の制限をもたらす。 本研究では、比較的小さなジョセフソンエネルギーを持つSQUID(超伝導量子干渉デバイス)カプラに基づく接合型結合アーキテクチャを提案することにより、これらの課題に対処する。 SQUIDカップラは、外部フラックスによって制御でき、モードハイブリダイゼーションに依存しない固有のクロスカー相互作用を提供する。 カプラの小さなジョセフソンエネルギーは摂動スケールで相互作用を保ち、対角結合要素から生じる十分に強いクロスケラー相互作用を達成しつつ、結合要素間の望ましくない高次混合を制限する。 これらの特性に基づき、SQUIDカプラを用いて、余分なモードを導入することなく高速で断熱的かつ高忠実な制御Zゲートを実装できることを示し、高周波量子ビットのジャンクション非対称性に対して動作は堅牢であることを示す。 従来からあるクロストークは、交叉非対称性とオブザーバ量子ビットとの寄生的ハイブリッド化によって生じる可能性があるが、これらの効果は現実的な回路パラメータに対して十分小さい。 このような接合型カップリングスキームの有用性の例として、融合要素トランモン量子ビットに基づく小型超伝導量子プロセッサのスケーラブルなタイリング戦略を提案する。

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