Schroedinger-cat-state control in a qubit-oscillator coupled system

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03693
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: Fuse Tomoko 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター, 主任研究員 (00587925)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 回路量子電磁力学 / 超伝導量子回路 / 超強結合 / 深強結合

Outline of Final Research Achievements

In a qubit-oscillator coupled system with very strong coupling, it is predicted that the ground state will be a Schroedinger cat state.
We have shown that our superconducting circuit, composed of capacitors, inductors, and Josephson junctions, can be described as a qubit-oscillator coupled system. We have also shown that degrading of the “quantumness” in the ground state of the coupled circuit, when the qubit-oscillator coupled circuit is coupled to an environmental circuit, can be suppressed with some types of couplings (capacitive/inductive). Furthermore, we have measured coherence properties of superconducting qubit-microwave resonator coupled circuit, and successfully have observed Ramsey interference with the phase coherence time of about 300 ns.

Free Research Field

回路量子電磁力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、超強結合から深強結合と呼ばれる非常に強い結合領域における、量子ビットー調和振動子結合回路の特性の一部を明らかにすることができた。特に深強結合領域ではこれまで、量子ビットが調和振動子（光子）との非常に強い結合により光子数揺らぎの影響を強く受けコヒーレンスの消失につながることが危惧されていたが、本研究ではRamsey干渉の観測に成功しコヒーレントな状態発展を示すことができた。今後このような非常に強い結合領域における未知の物理現象を研究し、量子コンピューティングや量子センシングへと応用していく上で大きな意義のある結果が得られた。