Effectief versus Floquet-theorie voor de Kerr parametrische oscillator

Effectief versus Floquet-theorie voor de Kerr parametrische oscillator

Tijdstempel: 25 maart 2024 12:28 uur

Ignacio Garcia-Mata1, Rodrigo G. Cortiñas2,3, Xu Xiao2, Jorge Chavez-Carlos4, Victor S. Batista5,3, Lea F.Santos4, en 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, Argentinië
2Afdeling Toegepaste Natuurkunde en Natuurkunde, Yale University, New Haven, Connecticut 06520, VS
3Yale Quantum Institute, Yale University, New Haven, Connecticut 06520, VS.
4Afdeling Natuurkunde, Universiteit van Connecticut, Storrs, Connecticut, VS
5Afdeling Scheikunde, Yale University, PO Box 208107, New Haven, Connecticut 06520-8107, VS
6Departamento de Física “JJ Giambiagi” en IFIBA, FCEyN, Universidad de Buenos Aires, 1428 Buenos Aires, Argentinië

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Parametrische poorten en processen die zijn ontworpen vanuit het perspectief van de statische effectieve Hamiltoniaan van een aangedreven systeem staan ​​centraal in de kwantumtechnologie. De perturbatieve uitbreidingen die worden gebruikt om statisch-effectieve modellen af ​​te leiden, zijn echter mogelijk niet in staat om op efficiënte wijze alle relevante fysica van het oorspronkelijke systeem vast te leggen. In dit werk onderzoeken we de voorwaarden voor de validiteit van de gebruikelijke statische effectieve Hamiltoniaan van lage orde die wordt gebruikt om een ​​Kerr-oscillator onder een knijpende aandrijving te beschrijven. Dit systeem is van fundamenteel en technologisch belang. Het is met name gebruikt om de kattoestanden van Schrödinger te stabiliseren, die toepassingen hebben voor kwantumcomputers. We vergelijken de toestanden en energieën van de effectieve statische Hamiltoniaan met de exacte Floquet-toestanden en quasi-energieën van het aangedreven systeem en bepalen het parameterregime waar de twee beschrijvingen overeenkomen. Ons werk brengt de fysica aan het licht die buiten beschouwing wordt gelaten door gewone statisch effectieve behandelingen en die kan worden onderzocht door middel van geavanceerde experimenten.

Effectief versus Floquet-theorie voor de Kerr parametrische oscillator PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Uitgelichte afbeelding: spectrum van excitatie-energieën en respectieve quasi-energieën voor de statische effectieve Hamiltoniaan (zwart) en de Floquet-operator (oranje). Twee voorbeelden: één waarbij de statische effectieve beschrijving perfect werkt, en één waarbij dat niet het geval is. We kwantificeren dit als een functie van de niet-lineariteitsparameters $g_3$ en $g_4$, en bieden een parameterkaart.

Populaire samenvatting

Qubits gemaakt met aangedreven niet-lineaire (Kerr) oscillatoren, zoals de transmon-qubits in bestaande kwantumcomputers, zijn beschermd tegen bepaalde bronnen van decoherentie. Een gebruikelijke benadering om de eigenschappen van dit systeem te begrijpen, is door een statische effectieve benadering van zijn Hamiltoniaan te overwegen. Alle benaderingen hebben echter grenzen. Ons werk legt deze grenzen bloot en verschaft de parametergebieden waar de statische effectieve beschrijving geldt. Deze kennis is erg belangrijk voor toekomstige experimentele opstellingen die van plan zijn niet-lineariteiten naar grotere waarden te duwen om snellere poorten te bereiken.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] PL Kapitza, Sovjet-fysiotherapeut. JETP 21, 588-592 (1951).

[2] LD Landau en EM Lifshitz, Mechanica: Deel 1, Vol. 1 (Butterworth-Heinemann, 1976).

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

[4] Z. Wang en AH Safavi-Naeini, “Kwantumcontrole en geluidsbescherming van een Floquet $0-pi$ qubit,” (2023), arXiv:2304.05601 [quant-ph].
arXiv: 2304.05601

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

[6] N. Goldman en 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 en 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, Buil. Klasse Wetenschap. Acad. R. Bel. 21, 818 (1958).

[11] RR Ernst, G. Bodenhausen en A. Wokaun, Principes van nucleaire magnetische resonantie in één en twee dimensies (Oxford University Press, Oxford, 1994).

[12] U. Haeberlen, Hoge resolutie NMR in selectieve middeling van vaste stoffen: supplement 1 Vooruitgang in magnetische resonantie, Vooruitgang in magnetische resonantie. Aanvulling (Elsevier Wetenschap, 2012).
https://​/​books.google.com.br/​books?id=z_V-5uCpByAC

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

[14] X. Xiao, J. Venkatraman, RG Cortiñas, S. Chowdhury en MH Devoret, "Een diagrammatische methode om de effectieve Hamiltoniaan van aangedreven niet-lineaire oscillatoren te berekenen", (2023), arXiv:2304.13656 [quant-ph].
arXiv: 2304.13656

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

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

[17] M. Dykman, Fluctuerende niet-lineaire oscillatoren: van nanomechanica tot kwantum-supergeleidende circuits (Oxford University Press, 2012).

[18] W. Wustmann en V. Shumeiko, Phys. 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 en J. Bylander, Nature communications 7, 11417 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11417

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

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

[22] H. Goto, Wetenschappelijke rapporten 6, 21686 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep21686

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

[24] H. Goto en T. Kanao, Phys. Onderzoek 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 en SM Girvin, Sci. Gev. 6, 5901 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aay5901

[26] B. Wielinga en 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, en 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 en LF Santos, “Kwantumtunneling en overwegen in de door druk aangedreven 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 en 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 en MH Devoret, Nature 584, 205 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2587-z

[31] J. Venkatraman, RG Cortinas, NE Frattini, X. Xiao en MH Devoret, "Kwantuminterferentie van tunnelingpaden onder een barrière met dubbele putten", (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 en J.-S. Tsai, “Observatie en manipulatie van kwantuminterferentie in een supergeleidende Kerr parametrische 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, en RJ Schoelkopf, Phys. Rev.A 76, 042319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319

[35] SM Girvin, in Proceedings of the Les Houches Summer School on Quantum Machines, onder redactie van BHMH Devoret, RJ Schoelkopf en L. Cugliándolo (Oxford University Press Oxford, Oxford, VK, 2014), blz. 113–256.

[36] S. Puri, S. Boutin en 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, en FG Brandão, PRX Quantum 3, 010329 (2022), uitgever: American Physical Society.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010329

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

[39] R. Gautier, A. Sarlette en 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 en K. Noh, Phys. Ds. Lett. 128, 110502 (2022), uitgever: American Physical Society.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.110502

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

[42] V. Sivak, N. Frattini, V. Joshi, A. Lingenfelter, S. Shankar en M. Devoret, Phys. Rev. Toegepast 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 en MH Devoret, New Journal of Physics 16, 045014 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​4/​045014

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

[46] F. Evers en A.D. Mirlin, ds. Mod. Fys. 80, 1355 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.1355

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

[48] J. Venkatraman, X. Xiao, RG Cortiñas en MH Devoret, "Over de statische effectieve Lindbladiaan van de uitgeperste 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 en LF Santos, “Supergeleidende qubits in chaos brengen,” (2023), arXiv:2310.17698 [ kwantitatieve-ph].
arXiv: 2310.17698

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

Geciteerd door

[1] Taro Kanao en Hayato Goto, "Snelle elementaire poorten voor universele kwantumberekening met Kerr parametrische oscillatorqubits", Physical Review Onderzoek 6 1, 013192 (2024).

[2] Francesco Iachello, Rodrigo G. Cortiñas, Francisco Pérez-Bernal en Lea F. Santos, "Symmetrieën van de squeeze-aangedreven Kerr-oscillator", Journal of Physics Een wiskundige algemeen 56 49, 495305 (2023).

[3] Jorge Chávez-Carlos, Miguel A. Prado Reynoso, Ignacio García-Mata, Victor S. Batista, Francisco Pérez-Bernal, Diego A. Wisniacki en Lea F. Santos, “Supergeleidende qubits in chaos brengen”, arXiv: 2310.17698, (2023).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2024-03-26 04:33:25). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2024-03-26 04:33:23).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal