論文の概要: A direct controlled-phase gate between microwave photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.15587v1
• Date: Mon, 16 Mar 2026 17:48:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-17 18:28:58.711363
• Title: A direct controlled-phase gate between microwave photons
• Title（参考訳）: マイクロ波光子間の直接制御相ゲート
• Authors: Adrian Copetudo, Amon M. Kasper, Tanjung Krisnanda, Gregoire Veyrac, Shushen Qin, Hui Khoon Ng, Yvonne Y. Gao,
• Abstract要約: 2つの超伝導キャビティにホストされたマイクロ波光子間の直接相互作用を利用する。 我々の研究はボソニック回路量子電磁力学(cQED)ツールボックスを拡張している。 フォールトトレラントなボソニック量子コンピューティングのための重要なプリミティブを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Useful quantum information processing ultimately requires operations over large Hilbert spaces, where logical information can be encoded efficiently and protected against noise. Harmonic oscillators naturally provide access to such high-dimensional spaces and enable hardware-efficient, error-correctable bosonic encodings. However, direct entangling operations between oscillators remains an outstanding challenge. Existing strategies typically rely on parametrically activating interactions that populate the excited states of an ancillary nonlinear element. This induces an effective interaction between the oscillators, at the expense of introducing additional dissipation channels and potential leakage from the encoded manifold. Here, we engineer a Raman-assisted cross-Kerr interaction between microwave photons hosted in two superconducting cavities, without exciting the nonlinear element, thereby suppressing coupler-induced decoherence.This approach generates a direct coupling between microwave photons that is exploited to implement a controlled-phase gate within the single- and two-photon subspaces of two oscillators, directly entangling them. Finally, we harness this dynamics to map the photon-number parity of a storage cavity onto an auxiliary oscillator rather than a nonlinear element, enabling error detection while protecting the storage mode from measurement-induced decoherence. Our work expands the bosonic circuit quantum electrodynamics (cQED) toolbox by enabling coherence-preserving direct photon-photon interactions between oscillators. This realizes an entangling gate that operates entirely within a bosonic code space while suppressing decoherence from nonlinear ancilla excitations, providing a key primitive for fault-tolerant bosonic quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 有用な量子情報処理は最終的に大きなヒルベルト空間上での演算を必要とし、論理情報を効率的に符号化し、ノイズに対して保護することができる。 高調波発振器は、そのような高次元空間へのアクセスを自然に提供し、ハードウェア効率が高く、誤り訂正可能なボソニックエンコーディングを可能にする。 しかし、振動子間の直接絡み合う動作は、依然として顕著な課題である。 既存の戦略は典型的には、補助非線形要素の励起状態に現れるパラメトリック活性化相互作用に依存している。 これにより、余分な散逸チャネルを導入し、エンコードされた多様体からの潜在的漏洩を犠牲にして、発振器間の効果的な相互作用が引き起こされる。 本稿では,2つの超伝導キャビティにホストされるマイクロ波光子間のラマン共振器間相互作用を非線形要素を刺激することなく実現し,カプラ誘起デコヒーレンスを抑制し,2つの発振器の単光子部分空間と2光子部分空間内に制御相ゲートを実装するために利用したマイクロ波光子間の直接結合を生成する。 最後に, このダイナミクスを利用して, ストレージキャビティの光子数パリティを非線形要素ではなく補助振動子にマッピングし, 測定によるデコヒーレンスからストレージモードを保護し, エラー検出を可能にする。 我々の研究は、発振器間のコヒーレンス保存光子-光子相互作用を可能にすることで、ボソニック回路量子電磁力学(cQED)ツールボックスを拡張する。 これは、非線型アンシラ励起からのデコヒーレンスを抑えつつ、ボソニックコード空間内で完全に動作するエンタングリングゲートを実現し、フォールトトレラントなボソニック量子コンピューティングの鍵となるプリミティブを提供する。

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