Low-crosstalk modular flip-chip architecture with superconducting kinetic-inductively coupled flux-qubit-resonator circuits

In dieser Arbeit entwickeln wir modulare und erweiterbare Hardware für supraleitende Quantenprozessoren. Im ersten Teil stellen wir ein Qubit-Auslesesystem vor, bei dem die dispersive Wechselwirkung durch eine kinetische Induktivität erzeugt wird. Dieser Ansatz ermöglicht eine unabhängige Gestaltung der dispersiven Verschiebung, ohne auf große Kapazitäten angewiesen zu sein. Wir weisen das Konzept der kinetisch-induktiven Kopplung experimentell nach und realisieren Fluß-Qubits im Plasmon- und Fluxon-Regime. Am optimalen Arbeitspunkt des halben Fluxquants messen wir dispersive Verschiebungen zwischen 60 kHz und 2 MHz. Die Ausleseleistung ist mit herkömmlichen Architekturen vergleichbar, mit einer Wiedergabetreue von 99,7 % (Grundzustand) und 92,7 % (angeregter Zustand) und einer unter 0,1 % unterdrückten Leckage. Im zweiten Teil stellen wir eine Flip-Chip-Architektur vor, die für Arrays gekoppelter supraleitender Qubits entwickelt wurde, wobei die Qubit- und Kopplerchips jeweils in individuellen Mikro-Wellengehäusen untergebracht sind. Die Qubit-Chips sind elektrisch schwebend, was eine einfache, vollständig modulare Montage und eine deutlich reduzierte Mikrowellenübersprechung zur Folge hat. Wir validieren die Architektur anhand einer Kette aus drei Qubits, in der das mittlere Qubit als flussabhängiger Koppler agiert. Wir demonstrieren ein transversales Kopplungs-Ein-/Aus-Verhältnis von etwa 70, ein $zz$-Übersprechen unter 1 kHz zwischen resonanten Qubits und eine Isolation von über 60 dB zwischen den äußeren Qubit-Gehäusen. Zusammen ergibt sich eine modulare Flip-Chip-Plattform, die kinetisch-induktives dispersives Auslesen mit starker Isolation und einstellbarer Kopplung kombiniert und einen Weg zu supraleitenden Multi-Qubit-Prozessoren ermöglicht.