Filtro Purcell a banda larga per il reset e la lettura rapidi di qubit superconduttori

Abstract degli autori

Il reset e la lettura rapidi degli stati dei qubit sono essenziali per la correzione degli errori quantistici, ma accelerare queste operazioni aumentando l’accoppiamento a un ambiente dissipativo comporta inevitabilmente un maggiore decadimento dei qubit per effetto Purcell. Qui presentiamo un filtro Purcell a banda larga che disaccoppia i percorsi di reset e di lettura, consentendo di ottimizzare indipendentemente entrambe le operazioni senza compromettere la coerenza dei qubit. Il filtro impiega due notch progettati ad hoc — un notch intrinseco e un notch elimina-banda — per fornire protezione Purcell a banda larga, insieme a uno stub di reset aggiuntivo che crea una modalità di reset al di sotto della banda protetta. Per consentire un reset rapido e al contempo sopprimere le interazioni tra qubit mediate dal filtro, accoppiamo ciascun qubit a un risonatore di reset dedicato. Dimostriamo sperimentalmente tempi di rilassamento limitati dall’effetto Purcell superiori a 1 ms su una larghezza di banda di 1,2 GHz, insieme a una lettura di 500 ns senza amplificatore parametrico Josephson e a un reset di 100 ns con un’efficienza del 99,6%. Il risonatore di reset è progettato con un disallineamento κ-χ intenzionale, che sopprime il defasamento indotto dal rumore shot dei fotoni di un fattore 70 rispetto al risonatore di lettura. Il nostro lavoro offre una soluzione hardware scalabile che risolve il tradizionale compromesso tra operazioni rapide sui qubit e protezione dei qubit, migliorando le prospettive della computazione quantistica fault-tolerant.