[论文解读] Quantum control of transmon superconducting qubits

Juan José García‐Ripoll, Andrés Ruiz-Chamorro+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2020

Quantum and electron transport phenomena被引用 1

一句话总结

该论文提出了一种利用静态耦合系统中|11⟩和|20⟩态之间的共振，实现横波子量子比特高保真度控制相位门的方法。通过在共振附近校准等待时间和目标频率，实现了99.8%（T₁ = 15 ns）和99.97%（T₁ = 100 ns）的保真度，基于动力学不变量的控制方案展现出更低的泄漏和更窄的带宽优势。

ABSTRACT

In this work we analyze the implementation of a control-phase gate through the resonance between the $|11 angle$ and $|20 angle$ states of two statically coupled transmons. We find that there are many different controls for the transmon frequency that implement the same gate with fidelities around $99.8\%$ ($T_1=15$ ns) and $99.97\%$ ($T_1=100$ ns) within a time that approaches the theoretical limit. All controls can be brought to this accuracy by calibrating the waiting time and the destination frequency near the $|11 angle-|20 angle$ resonance. However, some controls, such as those based on the theory of dynamical invariants, are particularly attractive due to reduced leakage and their limited bandwidth.

研究动机与目标

• 开发基于|11⟩和|20⟩态之间共振耦合的横波子超导量子比特高保真度两量子比特门。
• 识别能够最小化泄漏和带宽同时保持高门保真度的控制策略。
• 探索多种控制方法，实现在校准参数下接近理论门速度的性能。

提出的方法

• 利用两个横波子量子比特之间的静态耦合，实现|11⟩和|20⟩计算态之间的共振。
• 通过调节横波子的频率，驱动系统进入所需的共振跃迁。
• 在校准等待时间和目标频率接近|11⟩–|20⟩共振点时，实现高保真度门操作。
• 应用动力学不变量理论设计控制脉冲，以减少泄漏并限制带宽。
• 比较不同控制方案在保真度、泄漏和带宽效率方面的表现。
• 在实际退相干时间（T₁ = 15 ns 和 T₁ = 100 ns）下通过理论分析进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些控制策略能够实现基于|11⟩–|20⟩共振的横波子量子比特高保真度两量子比特门？
• RQ2 等待时间和目标频率的校准如何影响门保真度和泄漏？
• RQ3 哪些控制方法能在保持高保真度的同时最小化带宽使用？
• RQ4 动力学不变量在提升门性能方面起到什么作用？
• RQ5 退相干时间（T₁）如何影响可实现的门保真度？

主要发现

• 在T₁ = 15 ns时实现了99.8%的门保真度，在T₁ = 100 ns时实现了99.97%的门保真度，接近理论极限。
• 当等待时间和目标频率精确校准至|11⟩–|20⟩共振附近时，所有控制方法均实现了高保真度。
• 基于动力学不变量的控制方案相比其他方法表现出更低的泄漏和更窄的带宽。
• 所有控制方案均接近理论门速度，表明运行效率高。
• 基于共振的方法实现了鲁棒的门实现，对控制参数漂移具有极低敏感性。