E_J/E_C 比例高的 transmon qudit 的系统性研究，最高达 d = 12

Qudit 为量子信息处理提供了一种比量子比特更高效的资源。多能级的 transmon 由于其可单独分辨的能级间跃迁频率，成为基于超导电路的 qudit 平台的吸引力选项。本文系统性地分析了在固定频率 transmon 中编码高维量子信息所涉及的权衡。我们设计了最高达325的高 E_J/E_C 比例，观察到单个 transmon 上最高可达12个能级（d=12）。尽管 anharmonicity 降低，我们在最低10个能级中每个相邻能级子空间内的量子比特样操作 process infidelities 小于3×10^{-3}。此外，我们通过深度神经网络分类多音 dispersive 测量，实现了10态读出分配保真度达93.8%。我们发现，更高能级的 Hahn 共振时间 T_{2E} 接近 T_1 衰减的极限，主要受玻色子增强限制。我们验证了最近提出的 Josephson 谐和模型，发现其对能级间跃迁频率和电荷色散的预测更准确。最后，我们展示了两个 transmon 系统中更高能级之间的强 ZZ 型耦合。我们的高保真控制与读出方法，结合我们对 transmon 模型的全面表征，表明高 E_J/E_C 的 transmon 是探索 circuit quantum electrodynamics 中激发态的强大工具。