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Cross-resonance-based readout scheme of a superconducting flux qubit

Research Project

Project/Area Number 19H01831
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionTokyo University of Science (2022-2023)
National Institute of Information and Communications Technology (2019-2021)

Principal Investigator

YOSHIHARA Fumiki  東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 教授 (80525907)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
Keywords超伝導量子ビット / 量子ビット測定 / 交差共鳴 / 超電導量子ビット / 読み出し / 回路Hamiltonian / 量子情報 / 超伝導回路 / マイクロ波工学 / 量子測定
Outline of Research at the Start

量子コンピュータの最小構成要素である量子ビットを取り扱う上で、量子ビットの測定は大変重要である。特に、量子コンピュータのエラー訂正には速く正確な量子ビット測定が不可欠である。そこで、本研究では、超伝導量子ビットの一種である磁束量子ビットを測定するために、交差共鳴磁束バイアスを用いた測定法(交差共鳴法)の開発に取り組む。交差共鳴法は、従来法である分散シフト法より信号の分離が速く、高速かつ低誤り率な量子ビット測定が期待できる。交差共鳴法による磁束量子ビットの測定回路を設計・作製し、測定時間、誤り率等の性能を分析することで、高性能な量子ビット測定法を実現する。

Outline of Final Research Achievements

For capacitively-shunted flux qubits, which have good coherence property and large anharmonicity, we have studied the cross-resonance readout scheme. The cross-resonance readout scheme is expected to be faster and to have higher fidelity than the conventional dispersive readout scheme. A fabricated sample is cooled at a few tens of mK, and we evaluated the two readout schemes. At a fixed measurement time, the cross-resonance readout scheme shows larger complex amplitude difference than the dispersive readout scheme. This result indicates that the cross-resonance readout scheme has a potential to measure qubit state faster and with high fidelity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

誤り耐性量子コンピュータを実現するには、量子エラー訂正が不可欠である。量子エラー訂正では、量子ビットの状態を短時間でかつ正確に測定し、その測定結果に応じて量子ビットゲート操作を行う必要がある。また、コヒーレンス特性に優れた量子ビットを使うことで少ない数の量子ビットで誤り耐性量子コンピュータの基本構成単位となる誤り耐性量子ビットを構築することが出来るようになる。
本研究成果は、コヒーレンス特性に優れたコンデンサ短絡型磁束量子ビットと高速・高忠実度な量子ビット測定が可能な交差共鳴読み出し法の組み合わせの有効性を実験的に示したという点において学術的・社会的意義が大きいと言える。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Hamiltonian of a flux qubit-LC oscillator circuit in the deep?strong-coupling regime2022

    • Author(s)
      Yoshihara F.、Ashhab S.、Fuse T.、Bamba M.、Semba K.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 6764-6764

    • DOI

      10.1038/s41598-022-10203-1

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hamiltonian of a flux qubit-LC oscillator circuit in the deep-strong-coupling regime2020

    • Author(s)
      F. Yoshihara, S. Ashhab, T. Fuse, M. Bamba, and K. Semba
    • Journal Title

      arXiv

      Volume: 2008

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hamiltonian of a flux qubit-LC oscillator circuit in the deep-strong-coupling regime2022

    • Author(s)
      F. Yoshihara
    • Organizer
      APS March meeting 2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hamiltonian of a flux qubit-LC oscillator circuit in the deep-strong-coupling regime2021

    • Author(s)
      F. Yoshihara
    • Organizer
      ISNTT 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 磁束量子ビット-LC共振器結合系の回路Hamiltonianにおけるゲージ変換2021

    • Author(s)
      吉原 文樹、アシュハブ サヘル、布施 智子、馬場 基彰、仙場 浩一
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導量子ビット実験研究に関する理論2021

    • Author(s)
      吉原 文樹
    • Organizer
      第5回Q-LEAP量子AIセミナー
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 深強結合領域における磁束量子ビット-LC共振器結合系の回路Hamiltonian2020

    • Author(s)
      吉原 文樹、アシュハブ サヘル、布施 智子、馬場 基彰、仙場 浩一
    • Organizer
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 交差共鳴磁束バイアスによる超伝導磁束量子ビット測定法の理論検討2019

    • Author(s)
      吉原 文樹、アシュハブ サヘル、布施 智子、仙場 浩一
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子情報技術への展開を目指した超伝導人工原子の研究2019

    • Author(s)
      吉原 文樹
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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