핵심 개념
단일 조셉슨 접합 트랜스몬 큐비트에 기하학적 인덕터를 션트하여 결합 특성을 제어하고 새로운 양자 게이트 방식을 가능하게 하는 새로운 큐비트 설계를 실험적으로 시연합니다.
초록
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.
통계
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