Ultra-high precision control of bosonic states in superconducting resonators with second-order nonlinear effects

具有二阶非线性效应的超导谐振器中玻色子态的超高精度控制

基本信息

批准号：
22KJ0981
负责人：
白井菖太郎
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はボゾニック符号により保護された高精度制御可能な量子ビットを超伝導回路により実現することを目指すものである。この目標達成のため取り組んだ結果これまでに得られた研究実績を以下の通り報告する。まず、化学的に安定な超伝導薄膜として知られるシリコン基板上に高温製膜した窒化チタン(TiN)薄膜を用いて超伝導２次元共振器及びトランズモン型量子ビットの作製を行った。作製の際には電極パターンを形成する際のドライエッチング条件について、表面粗さを測定しながら最適化を行った。その後の基板洗浄プロセスについてもアッシング(有機物除去)とフッ酸溶液による洗浄(酸化物除去)を取り入れることで両素子のエネルギー緩和時間として100μsを超える値を達成した。この結果は超伝導回路の分野において、世界的にみても最も性能が高いグループに属する結果である。次に、上記で最適化を行ったTiN薄膜を用いたプロセスにより、2次元共振器と2次の非線形性を持つ超伝導量子ビットの結合系を作製した。この結合系を用い、2次の非線形性に特有な共振器と量子ビットの間1光子交換及び、共振器と量子ビットが同時に励起する2種類の遷移を観測し、量子ビットの状態に応じた共振器状態の制御を行うことができた。以上の結果については日本物理学会の春・秋それぞれの大会において口頭発表を行った。さらに、上記の研究過程において超伝導量子ビット間や超伝導共振器間の結合を磁場の自由度(=SQUID)を用いずに制御する手法を開発し、論文として公開した。

这项研究旨在利用超导电路实现受玻色码保护的高精度可控量子比特。为了实现这一目标，我们将迄今为止取得的研究成果报告如下。首先，我们利用高温沉积在硅衬底上的氮化钛（TiN）薄膜制造了超导二维谐振器和跨蒙型量子位，该薄膜被称为化学稳定的超导薄膜。在制造过程中，在测量表面粗糙度的同时优化了用于形成电极图案的干蚀刻条件。通过在后续的基板清洗过程中结合灰化（去除有机物）和氢氟酸溶液清洗（去除氧化物），我们实现了两种器件超过 100 μs 的能量弛豫时间。这一结果使其跻身于全球超导电路领域表现最高的团队之列。接下来，利用上述优化的 TiN 薄膜工艺，我们创建了二维谐振器和具有二阶非线性的超导量子位的耦合系统。使用这个耦合系统，我们观察到两种类型的跃迁：一种是谐振器和量子位之间的光子交换，这是二阶非线性所特有的；另一种是谐振器和量子位的同时激励，我们能够控制光子的状态。谐振器。上述结果在日本物理学会春季和秋季会议上口头发表。此外，在上述研究过程中，我们开发了一种不使用磁场自由度（=SQUID）来控制超导量子位和超导谐振器之间耦合的方法，并将其作为论文发表。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Power-efficient all-microwave manipulation of superconducting qubits with a fixed-frequency transmon coupler

使用固定频率传输耦合器对超导量子位进行高能效全微波操控

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shotaro Shirai; Yuta Okubo; Kohei Matsuura; Alto Osada; Yasunobu Nakamura; Atsushi Noguchi
通讯作者：
Atsushi Noguchi

All-microwave manipulation of superconducting qubits with a fixed-frequency transmon coupler

使用固定频率传输耦合器对超导量子位进行全微波操控

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shotaro Shirai; Yuta Okubo; Kohei Matsuura; Alto Osada; Yasunobu Nakamura; Atsushi Noguchi
通讯作者：
Atsushi Noguchi

High-performance transmon qubits with an epitaxially grown TiN film on Si (100) substrate

在 Si (100) 衬底上外延生长 TiN 薄膜的高性能传输量子位

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Atsushi Noguchi; Shotaro Shirai; Shuhei Tamate; Ale;er Badrutdinov; Shion Chen; Toshiaki Inada; Tatsumi Nitta; Shoji Asai; Yuji Hishida; Hirotaka Terai; Yasunobu Nakamura
通讯作者：
Yasunobu Nakamura

2次の非線形効果を用いた超伝導共振器の状態制御

利用二阶非线性效应对超导谐振器进行状态控制