通过非微扰交叉克尔耦合实现具有固有珀塞尔保护的快速、高保真Transmon读取

超导量子比特的色散读出依赖于横向电容耦合机制,该机制会使量子比特与读出谐振腔发生杂化,导致量子比特面临珀塞尔衰减和测量诱导态跃迁(MIST)问题。尽管目前普遍采用珀塞尔滤波器抑制量子比特衰减并搭配近量子极限放大器,色散读出在速度和保真度上仍常落后于单/双量子比特门操作。本工作通过实验验证了“结型读出”架构——这种简洁的读出方案无需依赖横向耦合即可实现强量子比特-谐振腔交叉克尔相互作用。该相互作用是通过将transmon量子比特同时经由电容和约瑟夫森结耦合至读出谐振腔实现的。通过调节量子比特频率,该团队证明这种混合耦合具有本征珀塞尔保护效应和更强的MIST抗扰性,支持高光子数条件下的读出。虽然结型读出兼容传统线性测量方案,但研究人员在此利用非线性耦合特性刻意构建谐振腔内大克尔非线性,实现了基于分岔效应的读出方案。采用该方法后,在68纳秒积分时间内获得了99.4%的态判别保真度,无需外部珀塞尔滤波器或近量子极限放大器即可达到98.4%的量子非破坏测量保真度。这些结果表明:基于分岔效应的结型读出架构可成为色散读出的可扩展实用替代方案,能以更低的硬件开销实现快速、高保真度的量子比特测量。
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提交arXiv: 2026-01-08 14:25

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