面向 transmon qudit 系统的自旋 7/2 多频率控制与测量
量子物理
2025-06-23 v1
摘要
Qudit 在高效量子计算与高维量子系统模拟方面具有巨大的潜力。已知在局部 Hilbert 空间维数 d > 2 时，给定高效的局部 qudit 控制与测量后，某些量子算法相较于其量子比特版本可实现加速。然而，高维旋转与投影器的直接实现一直备受挑战，大多数实验依赖于将 SU(d) 操作分解为在相邻两能级子空间之间的一系列旋转，以及对少数状态的投射式读出。本文我们利用多频率驱动，生成作用于有效自旋 7/2 系统的旋转与投影，通过将其映射到超导电路的能级本征态上实现。我们采用多音调非共振读出 (F_assignment = 88.3%) 实现 8 状态的单次读出，并利用高 EJ/EC transmon 中的强非线性，同时寻址每一次能级跃迁，实现自旋位移算子。通过将位移算子与虚拟 SNAP 门组合，我们实现 O(d) 物理脉冲内的任意单量子门操作，并提取自旋位移门保真度范围为 0.997 至 0.989（虚拟自旋尺寸 j = 1 至 j = 7/2）。这些本机 qudit 操作可与纠缠操作结合，用于探索基于 qudit 的纠错或格子规范理论的模拟。我们多频率的 qudit 控制与测量方法可 readily 扩展至实现多能级系统耦合于腔体的其他物理平台，成为高效 qudit 基于量子计算与模拟的构建模块。
引用
@article{arxiv.2405.15857,
title = {Multi-frequency control and measurement of a spin-7/2 system encoded in a transmon qudit},
author = {Elizabeth Champion and Zihao Wang and Rayleigh Parker and Machiel Blok},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.15857},
year = {2025}
}