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A GKP qubit protected by dissipation in a high-impedance superconducting circuit driven by a microwave frequency comb

Authors :
Sellem, Lev-Arcady
Sarlette, Alain
Leghtas, Zaki
Mirrahimi, Mazyar
Rouchon, Pierre
Campagne-Ibarcq, Philippe
MATHematics for MatERIALS (MATHERIALS)
Centre d'Enseignement et de Recherche en Mathématiques et Calcul Scientifique (CERMICS)
École des Ponts ParisTech (ENPC)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Inria de Paris
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
QUANTum Information Circuits (QUANTIC)
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)
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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
Université Paris sciences et lettres (PSL)
Centre Automatique et Systèmes (CAS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS)
ANR-18-CE47-0005,HAMROQS,Modèles réduits haute précision pour systèmes quantiques ouverts(2018)
ANR-20-CE47-0007,SYNCAMIL,Synthèse d'hamiltonians non locaux pour la protection d'information quantique(2020)
ANR-22-PETQ-0006,NISQ2LSQ,From NISQ to LSQ: Bosonic and LDPC codes(2022)
European Project: 884762,Q-Feedback
European Project: 101042304,HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC),ERC-2021-STG - ERC STARTING GRANTS,DANCINGFOOL(2022)
European Project: 851740,H2020-EU.1.1. - EXCELLENT SCIENCE - European Research Council (ERC),10.3030/851740,ECLIPSE(2020)
Publication Year :
2023

Abstract

We propose a novel approach to generate, protect and control GKP qubits. It employs a microwave frequency comb parametrically modulating a Josephson circuit to enforce a dissipative dynamics of a high impedance circuit mode, autonomously stabilizing the finite-energy GKP code. The encoded GKP qubit is robustly protected against all dominant decoherence channels plaguing superconducting circuits but quasi-particle poisoning. In particular, noise from ancillary modes leveraged for dissipation engineering does not propagate at the logical level. In a state-of-the-art experimental setup, we estimate that the encoded qubit lifetime could extend two orders of magnitude beyond the break-even point, with substantial margin for improvement through progress in fabrication and control electronics. Qubit initialization, readout and control via Clifford gates can be performed while maintaining the code stabilization, paving the way toward the assembly of GKP qubits in a fault-tolerant quantum computing architecture.<br />61 pages, 20 figures, 1 table

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Accession number :
edsair.doi.dedup.....0cf8c17149d0b06be1ccd4fa848f6038