电路QED中双线性模式耦合的工程设计：理论与实验

由transmon辅助比特调控的超导微波腔光子态为编码与操控量子信息提供了平台。该平台规模化面临的一项关键挑战是需按需实现腔间信息通信。近期已证明，通过将两个腔耦合至双色驱动transmon辅助比特，可实现可调双线性相互作用，从而允许交换和干涉腔的多光子态[Gao et al., Phys. Rev. X 8, 021073(2018)]。本文从理论与实验两方面探究了为实现快速SWAP门而对辅助比特施加较强驱动的机制，但这也会引发降低SWAP保真度的非微扰不良效应。我们发展了基于线性响应理论的形式体系，可用一个响应矩阵计算辅助比特诱导的腔相互作用速率、衰减及频移。我们利用Floquet理论对非微扰驱动进行处理，发现即便在旋转波近似适用的区间，两驱动的干涉也会强烈改变系统动力学。我们确定了由辅助比特退相干导致的两类主要保真度损失源。i) 辅助比特耗散与去相位导致Floquet态间的非相干跃迁，即便辅助比特处于零温也会发生，造成SWAP速率突变。ii) 腔通过逆Purcell效应从损耗较大的辅助比特继承有限衰减；当驱动诱导的AC Stark位移将某些辅助比特跃迁频率推至腔频率附近时，该效应会增强。理论预测与实验结果定量吻合，为利用该理论设计未来实验铺平了道路。