مقاله کنترل کوانتومی قوی متقابل در سیستم‌های بوسونیک چند حالته

چکیده

High-coherence superconducting cavities offer a hardware-efficient platform for quantum information processing. To achieve universal operations of these bosonic modes, the requisite nonlinearity is realized by coupling them to a transmon ancilla. However, this configuration is susceptible to crosstalk errors in the dispersive regime, where the ancilla frequency is Stark-shifted by the state of each coupled bosonic mode. This leads to a frequency mismatch of the ancilla drive, lowering the gate fidelities. To mitigate such coherent errors, we employ quantum optimal control to engineer ancilla pulses that are robust to the frequency shifts. These optimized pulses are subsequently integrated into a recently developed echoed conditional displacement (ECD) protocol for executing single- and two-mode operations. Through numerical simulations, we examine two representative scenarios: the preparation of single-mode Fock states in the presence of spectator modes and the generation of two-mode entangled Bell-cat states. Our approach markedly suppresses crosstalk errors, outperforming conventional ancilla control methods by orders of magnitude. These results provide guidance for experimentally achieving high-fidelity multimode operations and pave the way for developing high-performance bosonic quantum information processors.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

حفره های ابررسانا با انسجام بالا یک بستر کارآمد سخت افزاری برای پردازش اطلاعات کوانتومی ارائه می دهند.برای دستیابی به عملیات جهانی این حالت های بوزونیک ، غیرخطی لازم با اتصال آنها به یک کمان ترانسلا تحقق می یابد.با این حال ، این پیکربندی مستعد خطاهای متقاطع در رژیم پراکندگی است ، جایی که فرکانس آنیلا توسط وضعیت هر حالت بوزونیک همراه است.این منجر به عدم تطابق فرکانس درایو کمکی می شود و وفاداری دروازه را کاهش می دهد.برای کاهش چنین خطاهای منسجم ، ما از کنترل بهینه کوانتومی برای مهندس پالس های کمکی استفاده می کنیم که به تغییر فرکانس قوی هستند.این پالس های بهینه شده متعاقباً در یک پروتکل جابجایی مشروط به تازگی توسعه یافته (ECD) برای اجرای عملیات تک و دو حالته ادغام می شوند.از طریق شبیه سازی های عددی ، ما دو سناریو نماینده را بررسی می کنیم: تهیه حالت های Fock یک حالته در حضور حالت های تماشاگر و تولید حالت های زنگوله با گربه دو حالته.رویکرد ما به طور قابل توجهی خطاهای متقاطع را سرکوب می کند ، و از روشهای کنترل معمولی با سفارشات بیشتر عمل می کند.این نتایج راهنمایی هایی را برای دستیابی به عملیات چند حالته با وفاداری بالا ارائه می دهد و راه را برای توسعه پردازنده های اطلاعات کوانتومی بوزوم با کارایی بالا هموار می کند.