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通过内置Purcell滤波器快速读取和重置超导量子比特

2022/02/22

超导量子比特通常需要和一个谐振腔耦合,用于量子态的读取和重置。为了提高读取和重置的速度,谐振腔的衰减速率可以设计高一些,但由于Purcell效应,这会造成量子比特通过谐振腔更快退相干,影响比特寿命。Purcell滤波器通过引入模式抑制腔,在比特频率附近的衰减速率可以减弱这一效应的影响,但一般需要在读取腔之外另做一个谐振腔。

近日,东京大学的研究人员通过读取腔内禀的Purcell滤波器演示了比特快速读取和重置,实现了把读取腔同时作为Purcell滤波器使用。利用比特和谐振腔频率不同,把读取的耦合电容放在比特缀饰模式的波节处,此时比特通过腔各模式的自发辐射干涉相消,总的结果表现为没有辐射,而该位置对腔读取频率和频率失谐的驱动来说没有满足干涉相消条件,从而能够耦合腔模式进行读取和重置、传递驱动,但阻止了比特模式与外界耦合,抑制了比特由Purcell效应导致得退相干。该滤波器在600MHz的带宽内能够让比特通过腔的衰减速率和没有滤波器相比降低两个数量级。他们优化读取后,在有JPA的条件下,用仅40ns的读取脉冲,实现了99.1%的读取保真度。重置采用|f0>-|g1>和|e0>-|f0>的双驱动,可以把|e>和|f>态都重置到|g>。重置时间100ns后的剩余激发少于1.7%,剩余激发的来源主要是强驱动下泄露到更高能级|h>态。


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该工作通过把读取腔和Purcell滤波器合为一体,虽然采用半波长谐振腔并没有减少面积,但简化了设计,还能够满足快速读取和重置要求,为超导量子处理器的设计优化提供了有益的思路。

论文信息:https://arxiv.org/abs/2202.06202

(编译  张颖珊)

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