論文の概要: Universal Jaynes-Cummings Control of an Oscillator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.18658v1
- Date: Mon, 18 May 2026 17:04:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-19 17:57:50.118495
- Title: Universal Jaynes-Cummings Control of an Oscillator
- Title（参考訳）: 発振器のユニバーサルJaynes-Cummings制御
- Authors: Jordan Huang, Ethan Kasaba, Thomas J. DiNapoli, Tanay Roy, Srivatsan Chakram,
- Abstract要約: ジャイネス・カミングス相互作用(Jaynes-Cummings interaction)は量子光学の基本的相互作用であり、空洞量子力学、閉じ込められたイオン、機械共振器、超伝導回路などのプラットフォームで実現されている。
ここでは、任意のユニタリゲートをJC相互作用とキュービット回転のシーケンスにコンパイルすることで、普遍的なJCベースの発振器制御を開発し、実験的に実証する。
その結果、Jaynes-Cummings制御はユニバーサル発振器制御への実践的な経路として確立され、様々な量子プラットフォームにわたってプログラム可能なボソニックプロセッサが実現された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.11599040452563386
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The Jaynes-Cummings (JC) interaction-the coherent exchange of excitations between a two-level system and a harmonic oscillator-is one of the fundamental interactions of quantum optics, realized across platforms such as cavity quantum electrodynamics, trapped ions, mechanical resonators, and superconducting circuits. Although JC interactions and qubit rotations form a universal gate set for oscillator control, practical implementations have not been demonstrated. Here we develop and experimentally demonstrate universal JC-based oscillator control by compiling arbitrary unitary gates into sequences of JC interactions and qubit rotations. In our experiment, the oscillator is realized using a mode of a high quality factor microwave cavity and the ancilla qubit using a superconducting transmon circuit, with the JC interaction implemented by a sideband interaction enabled by the Josephson nonlinearity. The native gates are constructed to be closed below a chosen cutoff photon number, encoding a qudit with suppressed leakage errors, while ancilla relaxation errors are detectable. We further find that the dispersive shift serves as a compilation resource that reduces circuit depths. We demonstrate universal qudit control and implement a single-qutrit gate set with a mean post-selected process fidelity of 96%, as well as ququart and ququint shift gates. These results establish Jaynes-Cummings control as a practical route to universal oscillator control, enabling programmable bosonic processors across a variety of quantum platforms.
- Abstract（参考訳）: ジャイネス・カミングス(Jynes-Cummings、JC)相互作用は、2レベル系と調和振動子の間の励起のコヒーレントな交換であり、量子光学の基本的相互作用の1つであり、空洞量子力学、閉じ込められたイオン、機械共振器、超伝導回路などのプラットフォームで実現されている。
JC相互作用とqubit回転は発振器制御のための普遍ゲートセットを形成するが、実用的な実装は示されていない。
ここでは、任意のユニタリゲートをJC相互作用とキュービット回転のシーケンスにコンパイルすることで、普遍的なJCベースの発振器制御を開発し、実験的に実証する。
本実験では, 超伝導トランスモン回路を用いて, マイクロ波キャビティとアシラキュービットのモードを用いて発振器を実現し, ジョセフソン非線形性によって可能となるサイドバンド相互作用によりJC相互作用を実現した。
ネイティブゲートは、選択されたカットオフ光子数の下に閉じるように構成され、リークエラーが抑制されたクイトを符号化し、アンシラ緩和エラーを検出する。
さらに、分散シフトは、回路深度を低減するためのコンパイルリソースとして機能することがわかった。
提案手法は,Quditの共通制御を実証し,平均プロセス忠実度が96%の単一クォートゲートと,クォートシフトゲートとクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァクァルトゲートを実装した。
これらの結果は、Jaynes-Cummings制御をユニバーサル発振器制御の実践的な経路として確立し、様々な量子プラットフォームにわたってプログラム可能なボソニックプロセッサを実現する。
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