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Quantum Nondemolition Dispersive Readout of a Superconducting Artificial Atom Using Large Photon Numbers

Gusenkova, Daria 1; Spiecker, Martin ORCID iD icon 1; Gebauer, Richard ORCID iD icon 2; Willsch, Madita; Willsch, Dennis; Valenti, Francesco 2; Karcher, Nick 2; Grünhaupt, Lukas 3; Takmakov, Ivan 1; Winkel, Patrick 1; Rieger, Dennis 3; Ustinov, Alexey V. 3; Roch, Nicolas; Wernsdorfer, Wolfgang 1; Michielsen, Kristel; Sander, Oliver 2; Pop, Ioan M. 1
1 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Reading out the state of superconducting artificial atoms typically relies on dispersive coupling to a readout resonator. For a given system noise temperature, increasing the circulating photon number n in the resonator enables a shorter measurement time and is therefore expected to reduce readout errors caused by spontaneous atom transitions. However, increasing n is generally observed to also monotonously increase these transition rates. Here we present a fluxonium artificial atom in which, despite the fact that the measured transition rates show nonmonotonous fluctuations within a factor of 6, for photon numbers up to n≈200, the signal-to-noise ratio continuously improves with increasing n. Even without the use of a parametric amplifier, at n=74, we achieve fidelities of 99% and 93% for feedback-assisted ground and excited state preparations, respectively. At higher n, leakage outside the qubit computational space can no longer be neglected and it limits the fidelity of quantum state preparation.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)
Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Physikalisches Institut (PHI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2021
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2331-7019
KITopen-ID: 1000134621
HGF-Programm 47.12.01 (POF IV, LK 01) Advanced Solid-State Qubits and Qubit Systems
Erschienen in Physical review applied
Verlag American Physical Society (APS)
Band 15
Heft 6
Seiten Art. Nr.: 064030
Vorab online veröffentlicht am 11.06.2021
Nachgewiesen in Web of Science
OpenAlex
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Preprint §
DOI: 10.5445/IR/1000134621
Veröffentlicht am 05.12.2022
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.15.064030
Scopus
Zitationen: 26
Web of Science
Zitationen: 27
Dimensions
Zitationen: 30
Seitenaufrufe: 273
seit 03.07.2021
Downloads: 106
seit 06.12.2022
Cover der Publikation
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