Kerr-cat 量子比特的消亡机制及其拯救方法
量子物理
2025-11-03 v2
摘要
实验已表明 Kerr-cat 量子比特具有显著的噪声偏置，其中一条衰减通道被抑制了数个数量级。在超导实现方案中，原则上，增大承载 Kerr-cat 量子比特的非线性振子上的微波驱动应能进一步增强这种偏置。然而，实验却揭示出：当驱动幅度超过某一临界值后，作为次主导衰减通道的隧穿时间不再继续增大，反而开始减小。本文表明，这种失效源于电路实现的多模特性。具体而言，包括用于传输稳定化驱动的缓冲模以及约瑟夫森结阵列的高阶模在内的附加模式，会诱发多光子共振，从而急剧劣化 Kerr-cat 的相干性。我们在 Floquet-Markov 框架内完整保留电路非线性，并将强驱动精确处理，同时考虑 Kerr-cat 谱的准简并性，由此揭示了上述机制。我们的结果不仅解释了隧穿时间的突然缩短，还表明在经过精心设计的电磁环境中，Kerr-cat 量子比特可以具有很强的鲁棒性。除 Kerr-cat 量子比特外，本文发展的方法可广泛适用于具有准简并谱的强驱动耗散系统，包括处于亚谐波驱动下的超导器件（例如参量放大器和耦合器），以及相干性同样受准简并性支配的受保护量子比特。
引用
@article{arxiv.2507.06160,
title = {How the Kerr-Cat Qubit Dies -- And How to Rescue It},
author = {Othmane Benhayoune-Khadraoui and Cristóbal Lledó and Alexandre Blais},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.06160},
year = {2025}
}
备注
V2 updated with new results