Effektiv versus Floquet-teori for Kerr parametriske oscillator

Effektiv versus Floquet-teori for Kerr parametriske oscillator

Tidsstempel: 25. marts 2024 kl. 12

Ignacio García-Mata1, Rodrigo G. Cortiñas2,3, Xu Xiao2, Jorge Chávez-Carlos4, Victor S. Batista5,3, Lea F. Santos4og Diego A. Wisniacki6

1Instituto de Investigaciones Físicas de Mar del Plata (IFIMAR), Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Mar del Plata & CONICET, 7600 Mar del Plata, Argentina
2Institut for anvendt fysik og fysik, Yale University, New Haven, Connecticut 06520, USA
3Yale Quantum Institute, Yale University, New Haven, Connecticut 06520, USA
4Institut for Fysik, University of Connecticut, Storrs, Connecticut, USA
5Department of Chemistry, Yale University, PO Box 208107, New Haven, Connecticut 06520-8107, USA
6Departamento de Física "JJ Giambiagi" og IFIBA, FCEyN, Universidad de Buenos Aires, 1428 Buenos Aires, Argentina

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Parametriske porte og processer konstrueret ud fra perspektivet af den statiske effektive Hamiltonian af et drevet system er centrale for kvanteteknologi. Imidlertid er de forstyrrende udvidelser, der bruges til at udlede statiske effektive modeller, muligvis ikke i stand til effektivt at fange al den relevante fysik i det originale system. I dette arbejde undersøger vi betingelserne for gyldigheden af ​​den sædvanlige lavordens statiske effektive Hamiltonian, der bruges til at beskrive en Kerr-oscillator under et squeezing-drev. Dette system er af fundamental og teknologisk interesse. Det er især blevet brugt til at stabilisere Schrödinger kattetilstande, som har applikationer til kvanteberegning. Vi sammenligner tilstandene og energierne for den effektive statiske Hamiltonianer med de nøjagtige Floquet-tilstande og kvasi-energier i det drevne system og bestemmer parameterregimet, hvor de to beskrivelser stemmer overens. Vores arbejde bringer den fysik frem i lyset, som er udeladt af almindelige statiske effektive behandlinger, og som kan udforskes ved state-of-the-art eksperimenter.

Effektiv versus Floquet-teori for Kerr parametriske oscillator PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Udvalgt billede: Spektrum o excitationsenergier og respektive kvasi-energier for den statiske effektive Hamiltonian (sort) og Floquet-operatoren (orange). To eksempler: et hvor den statiske effektive beskrivelse fungerer perfekt, og et hvor den ikke gør. Vi kvantificerer dette som en funktion af ikke-linearitetsparameter $g_3$ og $g_4$, og giver et parameterkort.

Populært resumé

Qubits oprettet med drevne ikke-lineære (Kerr) oscillatorer, såsom transmon-qubits i eksisterende kvantecomputere, er beskyttet mod nogle kilder til dekohærens. En almindelig tilgang til at forstå egenskaberne ved dette system er at overveje en statisk effektiv tilnærmelse af dets Hamiltonian. Alle tilnærmelser har dog grænser. Vores arbejde afslører disse grænser og giver parametrene regioner, hvor den statiske effektive beskrivelse holder. Denne viden er meget vigtig for fremtidige eksperimentelle opsætninger, der planlægger at skubbe ikke-lineariteter til større værdier for at opnå hurtigere porte.

► BibTeX-data

► Referencer

[1] PL Kapitza, sovjetisk fys. JETP 21, 588-592 (1951).

[2] LD Landau og EM Lifshitz, Mechanics: Volume 1, Vol. 1 (Butterworth-Heinemann, 1976).

[3] J. Venkatraman, X. Xiao, RG Cortiñas, A. Eickbusch og MH Devoret, Phys. Rev. Lett. 129, 100601 (2022a).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.100601

[4] Z. Wang og AH Safavi-Naeini, "Quantum control and noise protection of a Floquet $0-pi$ qubit," (2023), arXiv:2304.05601 [quant-ph].
arXiv: 2304.05601

[5] W. Paul, Rev. Mod. Phys. 62, 531 (1990).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.62.531

[6] N. Goldman og J. Dalibard, Phys. Rev. X 4, 031027 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.4.031027

[7] DJ Wineland, Rev. Mod. Phys. 85, 1103 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.85.1103

[8] CD Bruzewicz, J. Chiaverini, R. McConnell og JM Sage, Applied Physics Reviews 6, 021314 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.5088164

[9] W. Magnus, Commun Pure Appl Math 7, 649 (1954).
https://​/​doi.org/​10.1002/​cpa.3160070404

[10] F. Fer, Bull. Klasse Sci. Acad. R. Bel. 21, 818 (1958).

[11] RR Ernst, G. Bodenhausen og A. Wokaun, Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions (Oxford University Press, Oxford, 1994).

[12] U. Haeberlen, NMR med høj opløsning i faststofselektiv gennemsnit: Supplement 1 Fremskridt i magnetisk resonans, fremskridt i magnetisk resonans. Supplement (Elsevier Science, 2012).
https://​/​books.google.com.br/​books?id=z_V-5uCpByAC

[13] RM Wilcox, J. Math. Phys. 8, 962 (1967).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.1705306

[14] X. Xiao, J. Venkatraman, RG Cortiñas, S. Chowdhury og MH Devoret, "En diagrammatisk metode til at beregne den effektive Hamiltonian af drevne ikke-lineære oscillatorer," (2023), arXiv:2304.13656 [quant-ph].
arXiv: 2304.13656

[15] M. Marthaler og MI Dykman, Phys. Rev. A 73, 042108 (2006).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.73.042108

[16] M. Marthaler og MI Dykman, Phys. Rev. A 76, 010102 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.76.010102

[17] M. Dykman, Fluktuerende ikke-lineære oscillatorer: fra nanomekanik til kvantesuperledende kredsløb (Oxford University Press, 2012).

[18] W. Wustmann og V. Shumeiko, Phys. Rev. B 87, 184501 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.87.184501

[19] P. Krantz, A. Bengtsson, M. Simoen, S. Gustavsson, V. Shumeiko, W. Oliver, C. Wilson, P. Delsing og J. Bylander, Nature communications 7, 11417 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms11417

[20] N. Frattini, U. Vool, S. Shankar, A. Narla, K. Sliwa og M. Devoret, App. Phys. Lett. 110, 222603 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.4984142

[21] PT Cochrane, GJ Milburn og WJ Munro, Phys. Rev. A 59, 2631 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.59.2631

[22] H. Goto, Scientific Reports 6, 21686 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1038/​srep21686

[23] H. Goto, Journal of the Physical Society of Japan 88, 061015 (2019).
https://​/​doi.org/​10.7566/​JPSJ.88.061015

[24] H. Goto og T. Kanao, Phys. Rev. Research 3, 043196 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.3.043196

[25] S. Puri, L. St-Jean, JA Gross, A. Grimm, NE Frattini, PS Iyer, A. Krishna, S. Touzard, L. Jiang, A. Blais, ST Flammia og SM Girvin, Sci. Adv. 6, 5901 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.aay5901

[26] B. Wielinga og GJ Milburn, Phys. Rev. A 48, 2494 (1993).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.48.2494

[27] J. Chávez-Carlos, TL Lezama, RG Cortiñas, J. Venkatraman, MH Devoret, VS Batista, F. Pérez-Bernal og LF Santos, npj Quantum Information 9, 76 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-023-00745-1

[28] MAP Reynoso, DJ Nader, J. Chávez-Carlos, BE Ordaz-Mendoza, RG Cortiñas, VS Batista, S. Lerma-Hernández, F. Pérez-Bernal og LF Santos, "Kvantetunnel- og jernbaneoverskæringer i klem-drevne Kerr oscillator,” (2023), arXiv:2305.10483 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.108.033709
arXiv: 2305.10483

[29] Z. Wang, M. Pechal, EA Wollack, P. Arrangoiz-Arriola, M. Gao, NR Lee og AH Safavi-Naeini, Phys. Rev. X 9, 021049 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.9.021049

[30] A. Grimm, NE Frattini, S. Puri, SO Mundhada, S. Touzard, M. Mirrahimi, SM Girvin, S. Shankar og MH Devoret, Nature 584, 205 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2587-z

[31] J. Venkatraman, RG Cortinas, NE Frattini, X. Xiao og MH Devoret, "Quantum interference of tunneling paths under a double-well barriere," (2022b), arXiv:2211.04605 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2211.04605
arXiv: 2211.04605

[32] D. Iyama, T. Kamiya, S. Fujii, H. Mukai, Y. Zhou, T. Nagase, A. Tomonaga, R. Wang, J.-J. Xue, S. Watabe, S. Kwon og J.-S. Tsai, "Observation og manipulation af kvanteinterferens i en superledende Kerr parametrisk oscillator," (2023), arXiv:2306.12299 [quant-ph].
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-023-44496-1
arXiv: 2306.12299

[33] NE Frattini, RG Cortiñas, J. Venkatraman, X. Xiao, Q. Su, CU Lei, BJ Chapman, VR Joshi, S. Girvin, RJ Schoelkopf, et al., arXiv preprint arXiv:2209.03934 (2022).
arXiv: 2209.03934

[34] J. Koch, TM Yu, J. Gambetta, AA Houck, DI Schuster, J. Majer, A. Blais, MH Devoret, SM Girvin og RJ Schoelkopf, Phys. Rev. A 76, 042319 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.76.042319

[35] SM Girvin, i Proceedings of the Les Houches Summer School on Quantum Machines, redigeret af BHMH Devoret, RJ Schoelkopf og L. Cugliándolo (Oxford University Press Oxford, Oxford, UK, 2014) s. 113-256.

[36] S. Puri, S. Boutin og A. Blais, npj Quantum Information 3, 1 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0019-1

[37] C. Chamberland, K. Noh, P. Arrangoiz-Arriola, ET Campbell, CT Hann, J. Iverson, H. Putterman, TC Bohdanowicz, ST Flammia, A. Keller, G. Refael, J. Preskill, L. Jiang, AH Safavi-Naeini, O. Painter og FG Brandão, PRX Quantum 3, 010329 (2022), udgiver: American Physical Society.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.010329

[38] D. Ruiz, R. Gautier, J. Guillaud og M. Mirrahimi, Phys. Rev. A 107, 042407 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.107.042407

[39] R. Gautier, A. Sarlette og M. Mirrahimi, PRX Quantum 3, 020339 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.020339

[40] H. Putterman, J. Iverson, Q. Xu, L. Jiang, O. Painter, FG Brandão og K. Noh, Phys. Rev. Lett. 128, 110502 (2022), udgiver: American Physical Society.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.128.110502

[41] JH Shirley, Phys. Rev. 138, B979 (1965).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRev.138.B979

[42] V. Sivak, N. Frattini, V. Joshi, A. Lingenfelter, S. Shankar og M. Devoret, Phys. Rev. Ansøgt 11, 054060 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevApplied.11.054060

[43] DA Wisniacki, Europhysics Lett. 106, 60006 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​106/​60006

[44] M. Mirrahimi, Z. Leghtas, VV Albert, S. Touzard, RJ Schoelkopf, L. Jiang og MH Devoret, New Journal of Physics 16, 045014 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​4/​045014

[45] LF Santos, M. Távora og F. Pérez-Bernal, Phys. Rev. A 94, 012113 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.94.012113

[46] F. Evers og A. D. Mirlin, Rev. Mod. Phys. 80, 1355 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1103/​RevModPhys.80.1355

[47] MI Dykman og MA Krivoglaz, Physica Status Solidi (B) 68, 111 (1975).
https://​/​doi.org/​10.1002/​pssb.2220680109

[48] J. Venkatraman, X. Xiao, RG Cortiñas og MH Devoret, "Om den statiske effektive Lindbladian af den klemte Kerr-oscillator," (2022c), arXiv:2209.11193 [quant-ph].
arXiv: 2209.11193

[49] J. Chávez-Carlos, RG Cortiñas, MAP Reynoso, I. García-Mata, VS Batista, F. Pérez-Bernal, DA Wisniacki og LF Santos, "Driving superconducting qubits into chaos," (2023), arXiv:2310.17698 kvant-ph].
arXiv: 2310.17698

[50] I. García-Mata, E. Vergini og DA Wisniacki, Phys. Rev. E 104, L062202 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevE.104.L062202

Citeret af

[1] Taro Kanao og Hayato Goto, "Hurtige elementære porte til universel kvanteberegning med Kerr parametriske oscillator qubits", Physical Review Research 6 1, 013192 (2024).

[2] Francesco Iachello, Rodrigo G. Cortiñas, Francisco Pérez-Bernal og Lea F. Santos, "Symmetries of the squeeze-driven Kerr oscillator", Journal of Physics A Mathematical General 56 49, 495305 (2023).

[3] Jorge Chávez-Carlos, Miguel A. Prado Reynoso, Ignacio García-Mata, Victor S. Batista, Francisco Pérez-Bernal, Diego A. Wisniacki og Lea F. Santos, "Driving superconducting qubits into chaos", arXiv: 2310.17698, (2023).

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2024-03-26 04:33:25). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2024-03-26 04:33:23).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

Tidsstempel:

Mere fra Quantum Journal