介观区中基于原位分岔放大的 Transmon 量子比特读取

我们展示了一种基于与量子比特原位耦合的极化子计对驱动的非线性响应的 transmon 量子比特读取方案。在三维读取腔内，我们放置一个由 transmon 量子比特和通过非微扰交叉 Kerr 耦合相互作用的辅助模式组成的 transmon 分子。腔仅与辅助模式强耦合，形成杂化的下极化子与上极化子计。两种极化子均非简并且耗散，因为它们从辅助模式继承自克尔非线性 $U$，并从开放腔继承有效衰减 $\kappa$。经由辅助模式，极化子计还继承了与量子比特的非微扰交叉 Kerr 耦合。这导致高量子比特依赖位移 $2\chi > \kappa, ~U$，可通过腔读取而不引起 Purcell 衰减。此外，极化子计作为非线性谐振子，在探测功率增大时呈现双稳性与分岔行为。本文关注少光子区（称为介观区）中的低功率分岔，当极化子计的自克尔与衰减率相近 $U\sim \kappa$ 时该区可触及。利用分岔的锁存机制，读取仅在最初数十纳秒内对 transmon 量子比特弛豫误差敏感。因此我们报告了 98.6 $\%$ 的单次保真度，同时具有 500 ns 的积分时间且无需外部量子极限放大器。