利用次谐波驱动实现快速超导量子比特控制
量子物理
2025-08-13 v2
摘要
提高单量子比特门保真度需要更快的脉冲与更高的量子比特相干性。然而,通过电容耦合端口的共振量子比特驱动中,这两个目标相互矛盾,因为更高的量子比特品质因数需要更弱的耦合,从而在同一施加功率下需要更长的脉冲。另一方面,提高驱动功率会加热量子比特环境并降低相干性。本工作中,我们利用transmon量子比特固有的非线性,引入一种新的参数驱动方案来执行单量子比特控制,从而规避该问题。我们通过以约量子比特共振频率三分之一泵浦transmon的本征Kerr项实现了快速门速度。鉴于transmon通常在较窄的非谐性范围内工作,该技术适用于所有transmon。理论与实验均表明,该过程的Rabi速率正比于施加驱动振幅的立方,从而仅需适度增加施加功率即可实现快速门速度。此外,我们展示了可利用滤波在执行快速门时保护量子比特相干性,并给出理论计算表明即便在极强耦合的驱动线中,多光子损耗引起的衰减也不会限制量子比特寿命。我们展示了短至37.4 ns、保真度高达99.91%的单量子比特门。我们还给出计算表明,该技术可减少快速门的低温恒温器加热,这是大规模量子计算机的重要需求。
引用
@article{arxiv.2306.10162,
title = {Fast superconducting qubit control with sub-harmonic drives},
author = {Mingkang Xia and Chao Zhou and Chenxu Liu and Param Patel and Xi Cao and Pinlei Lu and Boris Mesits and Maria Mucci and David Gorski and David Pekker and Michael Hatridge},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.10162},
year = {2025}
}