論文の概要: Programming anharmonic potentials in a superconducting harmonic oscillator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.02405v1
- Date: Wed, 02 Sep 2026 10:18:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-03 17:53:18.233225
- Title: Programming anharmonic potentials in a superconducting harmonic oscillator
- Title（参考訳）: 超伝導高調波発振器における無調波ポテンシャルのプログラミング
- Authors: Clara Yun Fontaine, Mansi Somani, Kehui Yu, May Chee Loke, Jonathan Schwinger, Pak-Tik Fong, Ni-Ni Huang, Adrian Copetudo, Mustafa Bakr, Hoi-Kwan Lau, Tanjung Krisnanda, Yvonne Y. Gao,
- Abstract要約: 連続可変量子システムは、普遍的な量子情報処理への資源効率の高い経路を提供する。
無調波ポテンシャルを実装する非ガウス演算は、要求に応じて設計することが困難である。
プログラム可能な非ガウス位相ゲートを実装するための体系的なフレームワークを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.03871995016053977
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Continuous-variable quantum systems offer a resource-efficient route to universal quantum information processing and analogue quantum simulation of real-world processes, such as molecular physics and chemical reactions. Realising these applications, however, requires non-Gaussian operations that implement anharmonic potentials, which are challenging to engineer on demand. Here, we demonstrate a systematic framework to implement programmable non-Gaussian phase gates $e^{-iV(\hat{X})}$, corresponding to the impulsive action of a potential $V(\hat{X})$, in a superconducting harmonic oscillator coupled to a transmon qubit. Using modular circuits derived from bosonic quantum signal processing, we realise a range of target anharmonic potentials on a single piece of hardware by varying a set of qubit rotations interleaved with a fixed calibrated control unitary. We first demonstrate a cubic phase gate, a key ingredient for universal quantum information processing. The resulting high-fidelity non-Gaussian states and the potential reconstructed using our pointwise force reconstruction method jointly confirm the cubic nature of the target gate. We then engineer a family of double-well potentials, relevant models of tunnelling and biased transfer processes, and experimentally validate the double-well topology and the tunable asymmetry. Finally, we engineer an approximate Morse gate, a step towards realistic potentials of molecular vibrational systems, and provide a concrete path towards high-quality engineering and reconstruction of the exponential form. Together, these results establish a practical and reconfigurable route towards continuous-variable quantum information processing and anharmonic quantum simulation.
- Abstract（参考訳）: 連続変数量子システムは、普遍的な量子情報処理や、分子物理学や化学反応のような現実世界のプロセスのアナログ量子シミュレーションへの資源効率の良い経路を提供する。
しかし、これらの応用を実現するには、非ガウス的な非調和的ポテンシャルを実装する非ガウス的操作が必要である。
ここでは、トランスモン量子ビットに結合した超伝導高調波発振器において、ポテンシャル$V(\hat{X})$のインパルス作用に対応する、プログラム可能な非ガウス位相ゲート(e^{-iV(\hat{X})}$を実装するための系統的枠組みを示す。
ボソニック量子信号処理から導かれるモジュラ回路を用いて、固定校正制御ユニタリでインターリーブされたキュービット回転のセットを可変させることにより、単一ハードウェア上でのターゲットアンハーモニックポテンシャルの範囲を実現する。
まず、普遍的な量子情報処理の鍵となる3次位相ゲートを実演する。
その結果, 高忠実度非ガウス状態と電位は, 目標ゲートの立方体特性を共同で確認した。
次に、二重井戸ポテンシャル群、関連するトンネルおよび偏移過程のモデルを作成し、二重井戸トポロジーとチューナブル非対称性を実験的に検証する。
最後に、分子振動系の現実的なポテンシャルへのステップである近似モースゲートを設計し、高品質な工学への具体的な道程と指数形式の再設計を行う。
これらの結果は、連続可変量子情報処理と無調和量子シミュレーションへの実用的で再構成可能な経路を確立する。
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