論文の概要: Non-Local and Non-Markovian Effects of a Microscopic Two-Level Defect in Superconducting Quantum Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.23385v2
- Date: Wed, 27 May 2026 03:58:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-28 17:38:54.88555
- Title: Non-Local and Non-Markovian Effects of a Microscopic Two-Level Defect in Superconducting Quantum Circuits
- Title（参考訳）: 超伝導量子回路における微小二層欠陥の非局所および非マルコフ効果
- Authors: Yang Gao, Yujia Zhang, Huikai Xu, Pan Shi, Feiyu Li, Yaqing Feng, Weijie Sun, Jiayu Ding, Yang Liu, He Wang, Ruixia Wang, Zhen Yang, Yirong Jin, Haifeng Yu, Fei Yan,
- Abstract要約: 微視的二レベルシステム(TLS)は、固体量子デバイスにおける量子ビットデコヒーレンスの主要な原因である。
空間的に離れた2つの超伝導量子ビットに同時に結合するコヒーレントTLSの観測を報告する。
我々の発見は、スケーラブルな量子アーキテクチャにおいて、これまで見過ごされていた相互作用メカニズムを明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.458633180973425
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Microscopic two-level systems (TLS) -- ubiquitous atomic-scale defects in solid-state quantum devices -- are a dominant source of qubit decoherence, yet their role is often considered local and short-memoried. Here, we report the observation of a coherent TLS that couples simultaneously to two spatially distant superconducting qubits. The TLS is identified to reside within the tunable coupler linking the qubits, enabling controllability of the TLS-qubit coupling strength via coupler frequency -- a capability absent in earlier studies. This tunability allows us to systematically probe how TLS distorts qubit dynamics, revisiting the decoherence model in the presence of non-Markovian TLS dephasing noise. This is corroborated by the reconstructed $1/f$ noise spectrum of TLS frequency fluctuation spanning more than ten orders of magnitude (0.1\,mHz -- 1\,MHz) that reveals discrete fluctuator signatures. Quantum process tomography further unveils TLS-induced correlated qubit dynamics, highlighting the long-lived TLS as an effective source of non-Markovianity. Our findings expose a previously overlooked interaction mechanism in scalable quantum architectures: defects embedded in coupling elements can simultaneously affect multiple qubits with variable impact. Beyond immediate implications for system characterization and calibration, this situation provides a powerful testbed for studying defect-driven quantum dynamics, refining error suppression strategies, and advancing architecture design for scalable quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 固体量子デバイスにおけるユビキタスな原子スケール欠陥である微視的2レベルシステム(TLS)は、量子ビットデコヒーレンスの主要な原因であるが、その役割は局所的および短記憶的と見なされることが多い。
本稿では,空間的に離れた2つの超伝導量子ビットに同時に結合するコヒーレントTLSの観測を報告する。
TLSは、キュービットをリンクする調整可能なカプラ内に存在し、カプラ周波数によるTLS-クビット結合強度の制御を可能にする。
このチューニング性により、TLSが量子ビット力学を歪め、非マルコフ的TLS重畳雑音の存在下でのデコヒーレンスモデルを再考する方法を体系的に探究することができる。
これは、離散的なゆらぎ子シグネチャを示す10桁(0.1\,mHz -- 1\,MHz)を超えるTLS周波数変動の再構成された1/f$ノイズスペクトルによって裏付けられる。
量子プロセストモグラフィーはTLSが引き起こす相関量子ビット力学をさらに明らかにし、長寿命TLSを非マルコビアン性の有効源として強調する。
結合要素に埋め込まれた欠陥は、異なる影響を持つ複数の量子ビットに同時に影響を及ぼす可能性がある。
システムのキャリブレーションとキャリブレーションの直接的な意味以外に、この状況は欠陥駆動型量子力学の研究、エラー抑制戦略の精細化、スケーラブルな量子技術のためのアーキテクチャ設計の進歩のための強力なテストベッドを提供する。
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