Cosφ耦合抑制不必要的状态转变，提高Transmon电路中的量子读出保真度

摘要：目前，不必要的状态跃迁限制了超导量子比特的性能，阻碍了它们的读出和操控。研究人员正在积极探索克服这些挑战的方法。Cyril Mori、Francesca D'Esposito 和 Alexandru Petrescu 与格勒诺布尔阿尔卑斯大学及其他机构的同事合

目前，不必要的状态跃迁限制了超导量子比特的性能，阻碍了它们的读出和操控。研究人员正在积极探索克服这些挑战的方法。Cyril Mori、Francesca D'Esposito 和 Alexandru Petrescu 与格勒诺布尔阿尔卑斯大学及其他机构的同事合作，研究了一种解决这一问题的新方法，即采用独特的“cosφ耦合”方案将量子比特与其读出系统连接起来。这种新的耦合方式采用跨分子电路构建，具有固有的对称性，可以有效抑制测量引起的状态跃迁，而状态跃迁是量子测量中常见的误差源。该团队成功演示了量子比特高达第五激发态的单次读出，更重要的是，即使在超过 300 个光子的高读出功率下，也没有发现这些不必要的跃迁的证据，这表明读出保真度和稳定性得到了显著提升。此外，它们展示了可控引入这些转变的能力，证实了潜在的机制并强调了这种 cosφ 耦合方案在高级量子控制方面的潜力。

测量诱导的状态转变源于读出过程所描述的本征共振。即使在中等功率水平下，它们也可能发生，从而限制了读出的信噪比和量子非破坏读出保真度。本研究使用不同的跃迁读出方案研究了高功率读出机制。

超导量子比特基础与控制技术

这本广泛的参考文献集详细介绍了超导量子比特、量子计算及相关实验技术的研究。研究重点关注传输量子比特，探索感应分流和替代设计，其中一个主要主题是量子比特非谐性，这对于寻址和控制量子比特至关重要。研究涵盖了寿命重正化、强驱动效应和克尔反转，以保持量子比特的相干性和保真度。参考文献还探讨了强驱动的影响，并研究了通过参数门和交叉共振技术实现的高保真量子门操作。

本系列重点关注退相干、弛豫和影响量子比特相干性的环境因素。读出是本系列研究的重点，致力于通过基于谐振器的方法、参数放大和最小化反作用来提高保真度和速度。研究探索快速驱动复位和高功率读出以优化速度和效率，并研究非线性耦合以改进读出。此外，还重点介绍了诸如阴影蒸发等精密制造技术。本系列涵盖量子计算架构和可扩展性，重点关注耦合量子比特和量子信息处理架构的设计。

基于谐振器的架构是一个反复出现的主题，同时也是量子系统扩展方面的挑战。研究还涉及量子测量和状态制备，包括量子非破坏性测量、高效状态制备以及量子比特动力学的轨迹分析。理论和计算方法得到了充分的体现，其中研究了混沌理论、共振过程和哈密顿动力学，以理解驱动量子比特的行为。数值模拟被用于模拟量子比特行为并优化设计。最后，参考文献涵盖了实验技术和材料，包括薄膜制造和约瑟夫森结制造。

关键主题逐渐显现，包括理解和减轻强驱动对量子比特相干性和保真度的影响、提高量子比特的读出速度和效率，以及探索构建更大规模量子计算机的不同架构。本研究以理论建模和仿真为重点，同时深入研究驱动量子比特的复杂动态和潜在的非预期行为。总而言之，本参考书目全面概述了超导量子比特和量子计算的研究，并重点介绍了这一快速发展领域面临的关键挑战和机遇。

Cos φ耦合抑制量子比特测量误差

科学家们开发了一种名为cosφ耦合的新型transmon读出方案，该方案可以抑制测量引起的状态跃迁，而这正是超导量子比特性能的一个显著限制。这一突破解决了实现快速高保真量子比特读出的关键障碍，因为传统方法在较高功率水平下容易出现不必要的状态跃迁。该团队实施了一种独特的电路设计，将一个transmon分子电容耦合到读出谐振器，利用其固有的对称性来最大限度地减少这些跃迁。实验表明，在读出模式下，高达300个光子的功率水平下，这些跃迁都不会发生，这比标准的横向耦合方案有了显著的改进。

cos φ 耦合通过结合宇称对称性和失谐来实现这种稳健性，有效地抑制了导致不必要状态变化的多重激发跃迁。与传统的读出方案不同，cos φ 耦合依赖于抑制涉及偶数个量子比特激发和读出光子交换的跃迁。这种宇称对称性与失谐相结合，显著降低了发生不必要状态跃迁的概率，从而保持了量子比特的量子信息。研究人员还能够通过使用通量偏置故意破坏宇称对称性来可控地诱导这些跃迁，从而展示出对系统的精确控制。

详细分析证实了理论预测，并定量证明了cosφ耦合的优越性。团队成功实现了高达第五激发态的多态单次读出，从而识别了泄漏路径并确认了量子比特流形的稳定性。这些发现为显著提高读出保真度和速度奠定了基础，这对于推进实用量子计算技术的发展并实现更复杂的量子操作至关重要。

Cosφ耦合实现高保真量子比特读出

这项研究展示了一种读取超导量子比特状态的新方法，该方法采用了一种名为 cosφ 耦合的非线性耦合，可以减少测量过程中不必要的状态跃迁。研究团队成功进行了多状态单次读出，准确识别了量子比特直至其第五激发态的状态，并发现该系统在高功率水平下（读出模式下高达 300 个光子）仍不会发生测量引起的状态跃迁。这与标准读出方法形成了鲜明对比，在标准读出方法中，此类跃迁会限制精度和保真度。性能提升的关键在于 cosφ 耦合固有的宇称对称性，它可以有效地抑制某些量子态之间的跃迁。

通过使用外部磁通量精确控制对称性，研究人员甚至可以在需要时诱导这些跃迁，从而证实了潜在的机制。模拟和实验结果一致，证明了cosφ耦合对高读出功率的稳健性，以及它克服传统横向耦合方案局限性的潜力。作者承认，由于腔双稳态或非弹性散射，读出的量子特性很可能在超过约231个光子时被中断。未来的研究可以探索扩展这项技术并将其集成到更复杂的量子电路中，从而可能为更可靠、更高保真度的量子计算铺平道路。