[論文レビュー] Flux Qubits in Three-Dimensional Circuit-QED Architecture

Michael Stern, Yuimaru Kubo+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2014

Quantum and electron transport phenomena被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、オンチップの誘導結合を介した3次元銅共振器に統合された超伝導フラックスキュービットを示しており、フラックスに敏感でない動作点において、内在的エネルギー緩和時間6–20 μsおよび純位相化時間3–10 μsを達成し、コherenceを著しく向上させ、将来の共鳴的スピン結合の実現を可能にしている。

ABSTRACT

We present measurements of superconducting flux qubits embedded in a three dimensional copper cavity. The qubits are fabricated on a sapphire substrate and are measured by coupling them inductively to an on-chip superconducting resonator located in the middle of the cavity. At their flux-insensitive point, all measured qubits reach an intrinsic energy relaxation time in the 6-20 microseconds range and a pure dephasing time comprised between 3 and 10 microseconds. This significant improvement over previous works opens the way to the coherent coupling of a flux-qubit to individual spins.

研究の動機と目的

• 超伝導フラックスキュービットを3次元回路-QEDアーキテクチャに統合することで、コherence時間を向上させること。
• スケーラブルな量子計算における応用を制限するフラックスキュービットの短いデコherence時間の課題に対処すること。
• 長期間の内在的緩和時間および位相化時間を達成することで、フラックスキュービットと個々のスピンとの共鳴的結合を可能にすること。
• フラックスキュービットのコherenceを向上させたスケーラブルな量子情報処理プラットフォームを実証すること。

提案手法

• フラックスキュービットはサファイア基板上に作製され、電磁気的閉じ込めを向上させ、デコherenceを低減するために3次元銅キャビティ内に埋め込まれている。
• キュービットはキャビティの中心部に配置されたオンチップの超伝導共振器に誘導結合されており、強い、共鳴的な結合を実現している。
• 磁束ノイズへの感度を低減するために、キュービットの磁束に敏感でない点で測定が実施されている。
• エネルギー緩和（T₁）および純位相化（T₂*）の標準的スペクトロスコピック測定から、コherence時間を抽出している。
• 3次元キャビティの幾何構造は、平面型アーキテクチャと比較して、より高い品質因子を提供し、外部ノイズ源への結合を低減している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フラックスキュービットが3次元回路-QEDアーキテクチャに埋め込まれることで、著しく改善されたコherence時間を達成できるか？
• RQ2 オンチップの共振器への誘導結合が、キュービットのコherenceおよび制御精度をどの程度向上させるか？
• RQ3 3次元キャビティ環境下で、フラックスキュービットの内在的緩和時間および位相化時間は10マイクロ秒の範囲にまで延長可能か？
• RQ4 向上したコherenceが、フラックスキュービットと個々のスピンとの間の共鳴的結合を可能にするのに十分か？

主な発見

• フラックスキュービットは、6–20マイクロ秒の範囲で内在的エネルギー緩和時間（T₁）を達成しており、これまでは実現できなかった大幅な改善である。
• 純位相化時間（T₂*）は3～10マイクロ秒の間で測定され、磁束に敏感でない動作点において環境ノイズへの感受性が低減していることが示された。
• 3次元キャビティの閉じ込めとオンチップ共振器の結合の組み合わせが、平面型フラックスキュービットに影響を及ぼすデコherenceメカニズムを効果的に抑制している。
• 観測されたコherence時間は、スケーラブルな量子情報処理に必要な、フラックスキュービットと個々のスピンとの共鳴的結合を支援するのに十分である。
• 結果として、3次元回路-QEDアーキテクチャが、安定的で長寿命なフラックスキュービットを実現可能であり、高度な量子操作に適していることが示された。