利用非线性耦合实现 transmon 量子比特的高功率读出

超导量子比特领域随着新的电路设计而不断发展。然而，在量子比特读出方面，简单的横向线性耦合的使用仍然占据压倒性的主导地位。这种标准读出方案具有显著的缺点：除了 Purcell 效应外，它还受到读出模式中最大光子数限制的困扰，这限制了读出的信噪比(SNR)和量子非破坏(QND)特性。在这里，我们通过设计 transmon 量子比特与其读出模式之间的非线性耦合来探索高功率区域。我们的方法建立在 Dassonneval 等人 [Physical Review X 10, 011045 (2020)] 关于 transmon 分子中非微扰交叉 Kerr 耦合的量子比特读出工作之上。我们展示了利用参量放大器在 89 个光子下实现了 99.21% 的读出保真度。在这种较高的光子数下，QND 特性仍保持在 96.7% 的高水平。即使光子数高达 300 个，QND 特性也仅降低了几个百分点。通过推导与非线性耦合相关的临界光子数，在定性上解释了这一点，得出我们样品参数下的理论值为 $\bar{n}_r^\text{crit} = 377$ 个光子。这些结果突出了 transmon 分子在高功率区域的有望性能，确立了其作为高保真量子比特读出平台的引人注目的地位。