超伝導量子ビット制御・測定における伝搬モードエンジニアリング

超导量子位控制和测量中的传播模式工程

基本信息

批准号：
18J13084
负责人：
河野信吾
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

大規模量子計算機の実現に向けた超伝導量子ビットの集積化が世界中で活発に行われている．いかに集積するかを研究することはさることながら，超伝導量子ビットの制御・測定精度の向上も依然として重要な課題である．現状の制御・測定手法は，原子物理で培われてきた技術の延長線上にある．そこで本研究では，超伝導量子ビットの制御・測定手法を，「超伝導量子ビットとマイクロ波伝搬モードの相互作用の物理」という観点で見つめなおすことにより，制御・測定精度を飛躍的に改善する新たな手法の開発を目指す．超伝導量子ビットにおける制御と緩和のトレードオフ関係を解消するために，制御線に配置されるジョセフソン非線形フィルタを提案した．超伝導量子ビットから輻射緩和により放出されたマイクロ波光子はジョセフソン非線形フィルタとの相互作用により反射されるため，超伝導量子ビットのエネルギー緩和を抑制することができる．一方，多数光子を含む制御マイクロ波パルスは，ジョセフソン非線形フィルタを飽和し透明化するため，超伝導量子ビットを効率よく制御できる．実際に，ジョセフソン非線形フィルタを有する超伝導量子ビットの制御・測定系を設計・製作した．ジョセフソン非線形フィルタにより超伝導量子ビットの緩和率が抑えられる状況にも関わらず，制御速度に相当するラビ振動数は抑制されないことを実験的に確認した．以上の結果により，ジョセフソン非線形フィルタが超伝導量子ビットの制御と緩和のトレードオフ関係を解消することの原理検証実験に成功した．本研究で開発されたジョセフソン非線形フィルタが，超伝導量子ビットの制御・測定精度を向上し，量子計算機の基盤技術になることを期待する．

为了实现大规模量子计算机，在世界各地积极进行超导码头的整合。除了研究它的整合方式外，提高了控制量子位的控制和测量的准确性仍然是一个重要问题。当前的控制和测量方法是原子理中种植的技术的扩展。因此，在这项研究中，我们旨在通过重新审查“超导速度和微波宣传模式之间的物理相互作用”的角度来重新验证超导QUBIT的控制和测量方法，从而大大提高控制和测量精度的新方法。为了解决超导Qubits中控制与放松之间的权衡关系，我们提出了放置在控制线上的Josephson非线性过滤器。与Josephson非线性过滤器相互作用反映了由于辐射弛豫引起的超导Qubits发出的微波光子，这可以抑制超导量子矩的能量松弛。另一方面，包含多个光子饱和且透明的约瑟夫森非线性过滤器的受控微波脉冲，从而有效控制超导端子。实际上，我们设计并制造了一个控制和测量系统，用于使用约瑟夫森非线性过滤器的超导Qubits。我们通过实验证实，尽管存在超导Qubits的松弛率可以被约瑟夫森非线性过滤器抑制，但与控制速度相对应的拉比频率并未抑制。基于上述结果，我们成功验证了约瑟夫森非线性滤波器的原理，该原理可以解决超导量子的控制与放松之间的权衡关系。我们希望在这项研究中开发的约瑟夫森非线性滤波器能够提高超导Qubits的控制和测量精度，并成为量子计算机的基础技术。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Breaking the trade-off between gate and relaxation times of a superconducting qubit with a Josephson quantum filter: Experiment

使用约瑟夫森量子滤波器打破超导量子位的门和弛豫时间之间的权衡：实验

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Kono;K. Koshino;Y. Tabuchi;A. Noguchi;D. Lachance-Quirion;and Y. Nakamura
通讯作者：
and Y. Nakamura

Quantum non-demolition detection of an itinerant microwave photon

DOI：
10.1038/s41567-018-0066-3
发表时间：
2018-06-01
期刊：
NATURE PHYSICS
影响因子：
19.6
作者：
Kono, S.;Koshino, K.;Nakamura, Y.
通讯作者：
Nakamura, Y.

伝搬マイクロ波光子の量子非破壊測定

传播微波光子的量子无损测量

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamada Takashi;Ashida Yuki;Tatebayashi Daisuke;Himori Koichi;河野信吾，越野和樹，田渕豊，野口篤史，中村泰信
通讯作者：
河野信吾，越野和樹，田渕豊，野口篤史，中村泰信

Logical measurement-based quantum computation in circuit-QED

DOI：
10.1038/s41598-019-52866-3
发表时间：
2018-08
期刊：
Scientific Reports
影响因子：
4.6
作者：
J. Joo;Chang-Woo Lee;S. Kono;Jaewan Kim
通讯作者：
J. Joo;Chang-Woo Lee;S. Kono;Jaewan Kim

Nonreciprocal microwave transmission based on Gebhard-Ruckenstein hopping

基于 Gebhard-Ruckenstein 跳频的不可逆微波传输

DOI：
10.1103/physreva.99.013816
发表时间：
2019
期刊：
Physical Review A
影响因子：
2.9
作者：
Masuda Shumpei;Kono Shingo;Suzuki Keishi;Tokunaga Yuuki;Nakamura Yasunobu;Koshino Kazuki
通讯作者：
Koshino Kazuki