Concepts de base
단일 조셉슨 접합 트랜스몬 큐비트에 기하학적 인덕터를 션트하여 결합 특성을 제어하고 새로운 양자 게이트 방식을 가능하게 하는 새로운 큐비트 설계를 실험적으로 시연합니다.
Résumé
기하학적 션트 인덕터를 통합한 트랜스몬 보완 - 보충 자료 분석
본 연구는 기하학적 선형 인덕터를 션트한 트랜스몬(IST)이라는 새로운 초전도 큐비트 설계를 실험적으로 구현하고, 기존 트랜스몬과 결합했을 때 나타나는 특징을 분석합니다. 주요 연구 내용은 다음과 같습니다.
IST 큐비트 구현 및 특성 분석
- 기존 트랜스몬과 달리 조셉슨 접합과 병렬로 연결된 기하학적 인덕터를 사용하여 IST 큐비트를 제작했습니다.
- 제작된 IST 큐비트는 3차원으로 집적된 디자인으로, 기존 트랜스몬 기반 회로와 호환 가능합니다.
- 분광학적 측정을 통해 IST 큐비트의 기본 특성을 분석하고, 수치적 모델링을 통해 회로 파라미터를 추출했습니다.
- 측정 결과, IST 큐비트는 인덕턴스 값에 따라 양(+) 또는 음(-)의 비선형성(anharmonicity)을 가질 수 있으며, 플럭스 바이어스를 통해 조정 가능합니다.
IST-트랜스몬 결합 시스템 연구
- IST 큐비트를 기존 트랜스몬 큐비트와 정전적으로 결합하여 두 큐비트 시스템을 구현했습니다.
- 두 큐비트 시스템의 분광학적 측정을 통해 결합 강도를 확인하고, 플럭스 바이어스에 따른 ZZ 상호 작용 변화를 측정했습니다.
- IST 큐비트의 비선형성 부호를 조정하여 ZZ 상호 작용을 효과적으로 억제할 수 있음을 실험적으로 증명했습니다.
- IST 큐비트의 3차 비선형성을 이용하여 기존 트랜스몬 시스템에서는 불가능했던 단일 광자 사이드밴드 전이를 구현했습니다.
- 사이드밴드 전이를 활용하여 빠른 얽힘 게이트(entangling gate)를 구현하고, 랜덤 벤치마킹을 통해 게이트 성능을 검증했습니다.
연구 결과의 의의
- IST 큐비트는 기존 트랜스몬 큐비트 기술과 호환되면서도, 비선형성 제어를 통한 ZZ 상호 작용 억제 및 새로운 양자 게이트 방식 구현 등의 장점을 제공합니다.
- 본 연구는 IST 큐비트가 대규모 초전도 큐비트 시스템 구축에 활용될 수 있는 가능성을 제시하며, 향후 양자 컴퓨팅 기술 발전에 기여할 것으로 기대됩니다.
Stats
IST 큐비트의 최대 비선형성: +228 MHz (플럭스 바이어스 지점에서)
IST 큐비트의 에너지 완화 시간 (T1): 37(3) µs
IST 큐비트의 라姆齐 결맞음 시간 (T∗2): 39(4) µs
IST 큐비트의 에코 결맞음 시간 (TE2): 46(3) µs
IST-트랜스몬 결합 강도 (J/2π): 17.15(5) MHz
IST-트랜스몬 시스템에서 측정된 ZZ 상호 작용: 최소 5 kHz 미만
사이드밴드 전이를 이용한 CZ 게이트 시간: 75 ns
CZ 게이트의 게이트 충실도: 95.8(1.3)%
IST 큐비트의 1/f 플럭스 노이즈 진폭 (Aφ): 6.8(0.1) µΦ0