論文の概要: Qubit measurement and backaction in a multimode nonreciprocal system

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.12312v1
• Date: Thu, 12 Mar 2026 18:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-16 17:38:11.697367
• Title: Qubit measurement and backaction in a multimode nonreciprocal system
• Title（参考訳）: 多モード非相互系における量子計測とバックアクション
• Authors: B. T. Miller, Lindsay Orr, A. Metelmann, F. Lecocq,
• Abstract要約: 従来の超伝導量子ビットの読み出しでは、マイクロ波増幅器と非相互成分の連鎖が量子ビットの状態を検出するのに役立つ。 1つの顕著なアプローチは、非相互性を達成するためにパラメトリック結合モードのネットワークを用いる。 ここでは、埋め込み量子ビットと統合された線形モードのネットワークを理解し設計するための第一原理理論ツールを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: High fidelity qubit readout is a cornerstone for quantum information protocols. In traditional superconducting qubit readout, a chain of microwave amplifiers and nonreciprocal components aid in detecting the qubit's state with tolerable added noise and backaction. However, the loss, size, and magnetic field of standard nonreciprocal components have sparked a decades-long search for more efficient and scalable alternatives. One prominent approach employs networks of parametrically coupled modes to achieve nonreciprocity. While this class of devices can be directly integrated with the qubit's readout cavity, current understanding of the resulting single quantum system is substantially lacking. Here we provide a first-principles theoretical tool to understand and design networks of linear modes integrated with embedded qubits. We utilize this theory to inform and analyze the experimental implementation of a qubit readout with an integrated three-mode nonreciprocal system. In doing so, we achieve excellent agreement between the experimental and theoretical qubit measurement and dephasing rates. We then theoretically analyze the same system operated as an integrated nonreciprocal amplifier, predicting high efficiency for reasonable experimental parameters.
• Abstract（参考訳）: 高忠実度量子ビット読み出しは、量子情報プロトコルの基盤となる。 従来の超伝導量子ビットの読み出しでは、マイクロ波増幅器と非相互成分の連鎖は、耐え難い付加ノイズとバックアクションでキュービットの状態を検出するのに役立つ。 しかし、標準の非相互成分の損失、サイズ、磁場が何十年もの間、より効率的でスケーラブルな代替品を探し求めてきた。 1つの顕著なアプローチは、非相互性を達成するためにパラメトリック結合モードのネットワークを用いる。 このタイプのデバイスは、キュービットの読み出しキャビティと直接統合することができるが、結果として生じる単一量子系の現在の理解は、著しく不足している。 ここでは、埋め込み量子ビットと統合された線形モードのネットワークを理解し設計するための第一原理理論ツールを提供する。 我々は,この理論を用いて,3モードの非相互システムを用いた量子ビット読み出しの実験的な実装を通知し,解析する。 そこで我々は,実験的および理論的量子ビット測定と復調率との良好な一致を実現した。 次に,理論上は非相互増幅器として動作している同じ系を解析し,妥当な実験パラメータに対する高い効率を予測した。

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