Ultra-high precision control of bosonic states in superconducting resonators with second-order nonlinear effects

具有二阶非线性效应的超导谐振器中玻色子态的超高精度控制

• 批准号: 22KJ0981
• 负责人: 白井 菖太郎
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0981/
• 关键词: 超伝導共振器; 超伝導量子ビット; コヒーレンス時間; エネルギー緩和時間; スピン依存力

本研究はボゾニック符号により保護された高精度制御可能な量子ビットを超伝導回路により実現することを目指すものである。この目標達成のため取り組んだ結果これまでに得られた研究実績を以下の通り報告する。まず、化学的に安定な超伝導薄膜として知られるシリコン基板上に高温製膜した窒化チタン(TiN)薄膜を用いて超伝導２次元共振器及びトランズモン型量子ビットの作製を行った。作製の際には電極パターンを形成する際のドライエッチング条件について、表面粗さを測定しながら最適化を行った。その後の基板洗浄プロセスについてもアッシング(有機物除去)とフッ酸溶液による洗浄(酸化物除去)を取り入れることで両素子のエネルギー緩和時間として100μsを超える値を達成した。この結果は超伝導回路の分野において、世界的にみても最も性能が高いグループに属する結果である。次に、上記で最適化を行ったTiN薄膜を用いたプロセスにより、2次元共振器と2次の非線形性を持つ超伝導量子ビットの結合系を作製した。この結合系を用い、2次の非線形性に特有な共振器と量子ビットの間1光子交換及び、共振器と量子ビットが同時に励起する2種類の遷移を観測し、量子ビットの状態に応じた共振器状態の制御を行うことができた。以上の結果については日本物理学会の春・秋それぞれの大会において口頭発表を行った。さらに、上記の研究過程において超伝導量子ビット間や超伝導共振器間の結合を磁場の自由度(=SQUID)を用いずに制御する手法を開発し、論文として公開した。

The purpose of this study is to protect the high-precision control of high-precision control. The purpose of this paper is to make a summary of the results of the selection group. the results show that you have obtained the results of the study. The following reports are available. The high temperature film on the substrate, the smothering thin film (TiN), the second-order resonator and the quantum device on the substrate. In this paper, the international environmental monitoring system is used to form the optimal operation conditions, and the surface roughness measurement is used to determine the optimal operation conditions. After that, the substrate is washed, and the substrate is washed. The acid solution is washed. After that, the substrate is washed. The acid solution is washed. The acid solution is washed. The time is 100 μ s and the temperature is 100 μ s. The results show that the performance of the superconducting circuit is the highest in the world and the highest performance in the world. In the second and highest order, the TiN thin film is used in the combination of the two-dimensional resonator and the second-order resonator. The combination is used, the two-time non-linear resonator has a 1-photon cross-section between the two-dimensional resonator, and the resonator has a two-photon response at the same time. The resonator is designed to control the performance of the resonator. The above results show that the table of the Japanese physical Society for the Spring and Autumn Spring and Autumn Festival is very good. In the process of research and development, the combination of magnetic field degrees of freedom (= SQUID) between superconducting resonators and magnetic fields in superconducting resonators is open and open by means of magnetic field control techniques.

项目成果

High-performance transmon qubits with an epitaxially grown TiN film on Si (100) substrate

在 Si (100) 衬底上外延生长 TiN 薄膜的高性能传输量子位

• 发表时间: 2023
• 作者: Atsushi Noguchi;Shotaro Shirai;Shuhei Tamate;Alexander Badrutdinov;Shion Chen;Toshiaki Inada;Tatsumi Nitta;Shoji Asai;Yuji Hishida;Hirotaka Terai;Yasunobu Nakamura
• 通讯作者: Yasunobu Nakamura

All-microwave manipulation of superconducting qubits with a fixed-frequency transmon coupler

使用固定频率传输耦合器对超导量子位进行全微波操控

• 发表时间: 2023
• 期刊: arXiv
• 作者: Shotaro Shirai;Yuta Okubo;Kohei Matsuura;Alto Osada;Yasunobu Nakamura;Atsushi Noguchi
• 通讯作者: Atsushi Noguchi

Power-efficient all-microwave manipulation of superconducting qubits with a fixed-frequency transmon coupler

使用固定频率传输耦合器对超导量子位进行高能效全微波操控

• 发表时间: 2023
• 作者: Shotaro Shirai;Yuta Okubo;Kohei Matsuura;Alto Osada;Yasunobu Nakamura;Atsushi Noguchi
• 通讯作者: Atsushi Noguchi

2次の非線形効果を用いた超伝導共振器の状態制御

利用二阶非线性效应对超导谐振器进行状态控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 白井菖太郎;松浦康平;中村泰信;野口篤史
• 通讯作者: 野口篤史

高品質超伝導集中定数共振器およびトランズモン型量子ビットの作製

高质量超导集总参数谐振器和传输型量子位的制造

• 发表时间: 2022
• 作者: 白井菖太郎;野口篤史
• 通讯作者: 野口篤史