面向超导多量子比特处理器的可灵活读出与无条件复位：可调 Purcell 过滤器

实现高保真度的量子比特读出与复位，同时保持量子比特相干性，是量子纠错及其他高级量子算法的关键。本文设计并实验演示了一种可扩展架构，采用频率可调的非线性 Purcell 过滤器，实现对多个超导量子比特的灵活读出与快速无条件复位。我们的读出协议通过可调 Purcell 过滤器动态调整读出共振器的有效 linewidth，优化测量期间的信噪比，同时抑制空闲期间的光子噪声。我们实现了在无量子极限放大器的情况下达到 $99.3\%$ 的读出保真度，即使散射系数很小。此外，利用通过过滤器与 coupler 之间的相邻耦合形成的复位通道，我们实现了对泄漏引起的 $|2\rangle$ 和 $|1\rangle$ 状态的无条件量子比特复位，200 ns 内完成复位；对 $|1\rangle$ 状态的复位在 75 ns 内完成，误差率 $\leq 1\%$。该过滤器还减缓了光子导致的相位漂移和 Purcell 效应，从而保持量子比特相干性。这种可扩展的 Purcell 过滤器体系结构在量子比特读出、复位和保护方面表现出卓越的性能，为推进容错量子计算系统的发展表现为具有前景的硬件组件。