Exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in an oscillator

Autor: Alain Sarlette, Matthieu R. Delbecq, Benjamin Huard, Raphaël Lescanne, Takis Kontos, Mazyar Mirrahimi, Zaki Leghtas, Marius Villiers, Théau Peronnin
Přispěvatelé: Physique Mésoscopique, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), QUANTum Information Circuits (QUANTIC), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Centre Automatique et Systèmes (CAS), MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Circuits Quantiques Hybrides, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Nature Physics
Nature Physics, Nature Publishing Group, 2020, ⟨10.1038/s41567-020-0824-x⟩
Nature Physics, 2020, ⟨10.1038/s41567-020-0824-x⟩
NATURE PHYSICS
ISSN: 1745-2473
1476-4636
1745-2481
Popis: The choice of the physical system that represents a qubit can help reduce errors. Encoding them in the quadrature space of a superconducting resonator leads to exponentially reduced bit-flip rates, while phase-flip errors increase only linearly. A quantum system interacts with its environment-if ever so slightly-no matter how much care is put into isolating it(1). Therefore, quantum bits undergo errors, putting dauntingly difficult constraints on the hardware suitable for quantum computation(2). New strategies are emerging to circumvent this problem by encoding a quantum bit non-locally across the phase space of a physical system. Because most sources of decoherence result from local fluctuations, the foundational promise is to exponentially suppress errors by increasing a measure of this non-locality(3,4). Prominent examples are topological quantum bits, which delocalize information over real space and where spatial extent measures non-locality. Here, we encode a quantum bit in the field quadrature space of a superconducting resonator endowed with a special mechanism that dissipates photons in pairs(5,6). This process pins down two computational states to separate locations in phase space. By increasing this separation, we measure an exponential decrease of the bit-flip rate while only linearly increasing the phase-flip rate(7). Because bit-flips are autonomously corrected, only phase-flips remain to be corrected via a one-dimensional quantum error correction code. This exponential scaling demonstrates that resonators with nonlinear dissipation are promising building blocks for quantum computation with drastically reduced hardware overhead(8).
Databáze: OpenAIRE
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