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Impact of Spectators on a Two-Qubit Gate in a Tunable Coupling Superconducting Circuit
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2021-08-05 , DOI: 10.1103/physrevlett.127.060505 T-Q Cai 1 , X-Y Han 1 , Y-K Wu 1 , Y-L Ma 1 , J-H Wang 1 , Z-L Wang 1 , H-Y Zhang 1 , H-Y Wang 1 , Y-P Song 1 , L-M Duan 1
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2021-08-05 , DOI: 10.1103/physrevlett.127.060505 T-Q Cai 1 , X-Y Han 1 , Y-K Wu 1 , Y-L Ma 1 , J-H Wang 1 , Z-L Wang 1 , H-Y Zhang 1 , H-Y Wang 1 , Y-P Song 1 , L-M Duan 1
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Cross-resonance (CR) gates have emerged as a promising scheme for fault-tolerant quantum computation with fixed-frequency qubits. We experimentally implement an entangling CR gate by using a microwave-only control in a tunable coupling superconducting circuit, where the tunable coupler provides extra degrees of freedom to verify optimal conditions for constructing a CR gate. By developing a three-qubit Hamiltonian tomography protocol, we systematically investigate the dependency of gate fidelities on spurious qubit interactions and present the first experimental approach to the evaluation of the perturbation impact arising from spectator qubits. Our results reveal that the spectator qubits lead to reductions in CR gate fidelity dependent on interactions and particular frequency detunings between spectator and gate qubits. The target spectator demonstrates a more serious impact than the control spectator under a standard echo pulse scheme, whereas the degradation of gate fidelity is observed up to 22.5% as both the spectators are present with a modest ZZ coupling to the computational qubits. Our experiments uncover an optimal CR operation regime, and the method we develop here can readily be applied to improving other kinds of two-qubit gates in large-scale quantum circuits.
中文翻译：
观众对可调耦合超导电路中的双量子位门的影响
交叉谐振 (CR) 门已成为具有固定频率量子位的容错量子计算的有前途的方案。我们通过在可调耦合超导电路中使用仅微波控制来实验性地实现纠缠 CR 门，其中可调耦合器提供额外的自由度来验证构建 CR 门的最佳条件。通过开发三量子位哈密顿断层扫描协议，我们系统地研究了门保真度对虚假量子位相互作用的依赖性，并提出了第一种评估观察量子位引起的扰动影响的实验方法。我们的结果表明，旁观者量子位导致 CR 门保真度的降低取决于观察者和门量子位之间的相互作用和特定的频率失谐。在标准回波脉冲方案下，目标观众表现出比控制观众更严重的影响，而观察到门保真度下降高达 22.5%，因为两个观众都存在与计算量子位的适度 ZZ 耦合。我们的实验揭示了最佳的 CR 操作机制，我们在这里开发的方法可以很容易地应用于改进大规模量子电路中的其他类型的双量子位门。
更新日期：2021-08-05
中文翻译：
观众对可调耦合超导电路中的双量子位门的影响
交叉谐振 (CR) 门已成为具有固定频率量子位的容错量子计算的有前途的方案。我们通过在可调耦合超导电路中使用仅微波控制来实验性地实现纠缠 CR 门，其中可调耦合器提供额外的自由度来验证构建 CR 门的最佳条件。通过开发三量子位哈密顿断层扫描协议，我们系统地研究了门保真度对虚假量子位相互作用的依赖性，并提出了第一种评估观察量子位引起的扰动影响的实验方法。我们的结果表明，旁观者量子位导致 CR 门保真度的降低取决于观察者和门量子位之间的相互作用和特定的频率失谐。在标准回波脉冲方案下，目标观众表现出比控制观众更严重的影响，而观察到门保真度下降高达 22.5%，因为两个观众都存在与计算量子位的适度 ZZ 耦合。我们的实验揭示了最佳的 CR 操作机制，我们在这里开发的方法可以很容易地应用于改进大规模量子电路中的其他类型的双量子位门。
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