JP7486157B2 - パーセルフィルタ内蔵型デバイス - Google Patents
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Description
T<1/Γである。
従ってΓが大きければ大きいほど、量子ビット20の寿命Tは短くなる。さらにパーセルレートΓはκに比例することが知られている(Γ∝κ)。従って、κを大きくするとパーセルレートΓも大きくなる。従って、κを大きくすると量子ビット20の寿命Tは短くなる。
図3に、第1の実施の形態に係るパーセルフィルタ内蔵型デバイス11を模式的に示す。
パーセルフィルタ内蔵型デバイス11は、量子ビット21と、共振器31とを備える。
L1=(1/4)・λ(ωQB)
である。
このとき量子ビットモードのエネルギーは、結合点51で0となる。従って共振器31内の量子ビットモードは、伝送線路41に漏れ出すことはない。これによりパーセル効果を0に抑制することができる。
すなわち
λ(ωQB)>λ(ωR)
である。
従って、
L1>L2
である。
すなわち結合点51は、共振器モードの節の位置からずれている。従って共振器31内の共振器モード(量子ビット21の量子状態が転写されたもの)は、結合点51から伝送線路41に自然放出して、伝播マイクロ波光子のパルスが発生する。
従ってこの実施の形態によれば、1/2波長共振器を用いて、新たな素子を追加することなくパーセル効果を抑制するデバイスを実現することができる。
図4に、第2の実施の形態に係るパーセルフィルタ内蔵型デバイス12を模式的に示す。パーセルフィルタ内蔵型デバイス12は、量子ビット22と、共振器32とを備える。
L3=(1/2)・λ(ωQB)
である。
このとき量子ビットモードのエネルギーは、結合点52で0となる。従って共振器32内の量子ビットモードは、伝送線路42に漏れ出すことはない。これによりパーセル効果を0に抑制することができる。
すなわち
λ(ωQB)>λ(ωR)
である。
従って、
L3>L4
である。すなわち結合点52は、共振器モードの節の位置からずれている。従って共振器32内の共振器モード(量子ビット22の量子状態が転写されたもの)は、結合点52から伝送線路42に放出して、伝播マイクロ波光子のパルスが発生する。
従ってこの実施の形態によれば、1/4波長共振器を用いて、新たな素子を追加することなくパーセル効果を抑制するデバイスを実現することができる。
図5は、第3の実施の形態に係るパーセルフィルタ内蔵型デバイス100の透視図である。パーセルフィルタ内蔵型デバイス100は、共振器チップ200と、導体キャビティ600とを備える。
このように本実施の形態によれば、パーセル効果を抑制するデバイスを同軸線共振器で実現することができる。
以下、上記の実施の形態に係るパーセルフィルタ内蔵型デバイスを用いて、伝播マイクロ波光子を1個生成する手順を説明する。量子ビットは、基底状態|g>、第1励起状態|e>、第2励起状態|f>の3準位系であるとする。また共振器内には、光子が0個の真空状態|0>、光子が1個の1光子状態|1>の2つの光子状態があるものとする。以下、ケット|>内の左側の文字は量子ビットの状態、右側の文字は共振器内の光子の個数を示すものとする。例えば|e0>は、量子ビットが第1励起状態にあり、共振器内の光子が0であることを示す。
|g0>:0GHz
|e0>:8.5GHz
|g1>:10.6GHz
|f0>:16.6GHz
(ステップ1)量子ビットに基底状態|g0>と第1励起状態|e0>との間のエネルギー差に相当する周波数(8.5GHz)のマイクロ波を照射することにより、量子ビットを基底状態|g0>に初期化する。
(ステップ2)量子ビットを目的の状態α|g0>+β|e0>に設定する。
(ステップ3)量子ビットに第1励起状態|e0>と第2励起状態|f0>との間のエネルギー差に相当する周波数(16.6GHz-8.5GHz=8.1GHz)のマイクロ波を照射することにより、第1励起状態|e0>を第2状態|f0>に励起する。
(ステップ4)状態|f0>と状態|g1>との間のエネルギー差に相当する周波数(16.6GHz-10.6GHz=6.0GHz)の駆動マイクロ波を照射することにより、状態|f0>を状態|g1>に遷移させる。これにより、量子ビットの状態α|g0>+β|e0>が共振器に転写される。
(ステップ5)共振器から伝送線路への自然放出により、伝播マイクロ波光子のパルスα|0>+β|1>が生成される。系の状態は|g0>に戻る。
従って前述の実施の形態は、伝播マイクロ波光子による通信や、伝播マイクロ波光子のクラスター状態の生成など、様々な分野に寄与することができる。
本発明者らが行った実験の結果、第3の実施の形態のパーセルフィルタ内蔵型デバイスにより、T/τとして約110の値が得られた。これにより、従来技術の最大値である約20に対して約5.5倍の性能向上を実現できることが示された。
第3の実施の形態は、共振器は両端が開放端の1/2波長共振器であったが、第2の端部は短絡端であってもよい。この場合、第2の実施の形態で説明したように、共振器は1/4波長共振器となる。貫通孔の位置は、第2の端部から第1の端部に向かって量子ビットモードの波長の1/2離れた位置となるように定められる。
12・・パーセルフィルタ内蔵型デバイス
20・・量子ビット
21・・量子ビット
22・・量子ビット
30・・共振器
31・・共振器
32・・共振器
40・・伝送線路
41・・伝送線路
42・・伝送線路
51・・結合点
52・・結合点
61・・第1の端部
62・・第1の端部
71・・第2の端部
72・・第2の端部
100・・パーセルフィルタ内蔵型デバイス
400・・量子ビット
500・・共振器
510・・第1の端部
520・・第2の端部
600・・導体キャビティ
700・・貫通孔
Claims (4)
- 超伝導量子ビットと、
第1の端部と第2の端部とを備えるマイクロ波共振器と、
外部の伝送線路との結合点と、を備え、
前記超伝導量子ビットと前記マイクロ波共振器とは、前記マイクロ波共振器の第1の端部でキャパシティブ結合され、
前記結合点は、前記マイクロ波共振器内に存在する量子ビットモードの節の位置に設けられることを特徴とするパーセルフィルタ内蔵型デバイス。 - 前記マイクロ波共振器は、前記第1の端部および前記第2の端部がいずれも開放端の1/2波長共振器であり、
前記量子ビットモードの節は、前記第2の端部から前記第1の端部に向かって前記量子ビットモードの波長の1/4離れた位置にあることを特徴とする請求項1に記載のパーセルフィルタ内蔵型デバイス。 - 前記マイクロ波共振器は、前記第1の端部が開放端で前記第2の端部が短絡端の1/4波長共振器であり、
前記量子ビットモードの節は、前記第2の端部から前記第1の端部に向かって前記量子ビットモードの波長の1/2離れた位置にあることを特徴とする請求項1に記載のパーセルフィルタ内蔵型デバイス。 - 内部に空洞が貫通する導体キャビティを備え、
前記超伝導量子ビットと前記マイクロ波共振器とは、前記導体キャビティの空洞内に固定されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のパーセルフィルタ内蔵型デバイス。
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