Effektive versus Floquet-Theorie für den parametrischen Kerr-Oszillator

Effektive versus Floquet-Theorie für den parametrischen Kerr-Oszillator

Zeitstempel: 25. März 2024, 12:28 Uhr

Ignacio García-Mata1, Rodrigo G. Cortiñas2,3, Xu Xiao2, Jorge Chávez-Carlos4, Victor S. Batista5,3, Lea F. Santos4, und 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, Argentinien
2Abteilung für Angewandte Physik und Physik, Yale University, New Haven, Connecticut 06520, USA
3Yale Quantum Institute, Universität Yale, New Haven, Connecticut 06520, USA
4Fakultät für Physik, 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“ und IFIBA, FCEyN, Universidad de Buenos Aires, 1428 Buenos Aires, Argentinien

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Abstrakt

Parametrische Gatter und Prozesse, die aus der Perspektive des statisch effektiven Hamilton-Operators eines angetriebenen Systems entwickelt wurden, sind von zentraler Bedeutung für die Quantentechnologie. Die zur Ableitung statisch effektiver Modelle verwendeten Störungserweiterungen sind jedoch möglicherweise nicht in der Lage, die gesamte relevante Physik des ursprünglichen Systems effizient zu erfassen. In dieser Arbeit untersuchen wir die Bedingungen für die Gültigkeit des üblichen statisch effektiven Hamilton-Operators niedriger Ordnung, der zur Beschreibung eines Kerr-Oszillators unter einem Quetschantrieb verwendet wird. Dieses System ist von grundlegendem und technologischem Interesse. Insbesondere wurde es zur Stabilisierung von Schrödinger-Katzenzuständen eingesetzt, die Anwendungsmöglichkeiten für Quantencomputer haben. Wir vergleichen die Zustände und Energien des effektiven statischen Hamilton-Operators mit den exakten Floquet-Zuständen und Quasi-Energien des angetriebenen Systems und bestimmen das Parameterregime, bei dem die beiden Beschreibungen übereinstimmen. Unsere Arbeit bringt die Physik ans Licht, die bei gewöhnlichen statisch wirksamen Behandlungen außer Acht gelassen wird und die durch hochmoderne Experimente erforscht werden kann.

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Ausgewähltes Bild: Spektrum der Anregungsenergien und entsprechenden Quasienergien für den statisch effektiven Hamiltonoperator (schwarz) und den Floquet-Operator (orange). Zwei Beispiele: eines, bei dem die statische effektive Beschreibung perfekt funktioniert, und eines, bei dem dies nicht der Fall ist. Wir quantifizieren dies als Funktion der Nichtlinearitätsparameter $g_3$ und $g_4$ und stellen eine Parameterkarte bereit.

Populäre Zusammenfassung

Mit angetriebenen nichtlinearen (Kerr-)Oszillatoren erzeugte Qubits, wie etwa die Transmon-Qubits in bestehenden Quantencomputern, sind vor einigen Dekohärenzquellen geschützt. Ein üblicher Ansatz zum Verständnis der Eigenschaften dieses Systems besteht darin, eine statische effektive Näherung seines Hamilton-Operators zu betrachten. Allerdings haben alle Näherungen Grenzen. Unsere Arbeit deckt diese Grenzen auf und liefert die Parameterbereiche, in denen die statische effektive Beschreibung gilt. Dieses Wissen ist sehr wichtig für zukünftige Versuchsaufbauten, die Nichtlinearitäten auf größere Werte steigern wollen, um schnellere Tore zu erreichen.

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[50] I. García-Mata, E. Vergini und DA Wisniacki, Phys. Rev. E 104, L062202 (2021).
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Zitiert von

[1] Taro Kanao und Hayato Goto, „Schnelle Elementargatter für die universelle Quantenberechnung mit parametrischen Kerr-Oszillator-Qubits“, Physical Review Research 6 1, 013192 (2024).

[2] Francesco Iachello, Rodrigo G. Cortiñas, Francisco Pérez-Bernal und 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 und Lea F. Santos, „Driving supraconducting qubits into chaos“, arXiv: 2310.17698, (2023).

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