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Continuous generation and stabilization of mesoscopic field superposition states in a quantum circuit

Authors :
Mazyar Mirrahimi
Ananda L. Roy
Zaki Leghtas
Michel Devoret
A. Douglas Stone
QUANTum Information Circuits (QUANTIC)
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Inria Paris-Rocquencourt
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Departments of Applied Physics [New Haven]
Yale University [New Haven]
Laboratoire Pierre Aigrain (LPA)
Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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 Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre Automatique et Systèmes (CAS)
Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
Source :
Physical Review, Physical Review, 2015, 91 (1), pp.013810, Physical Review, American Physical Society (APS), 2015, 91 (1), pp.013810
Publication Year :
2015
Publisher :
HAL CCSD, 2015.

Abstract

While dissipation is widely considered as being harmful for quantum coherence, it can, when properly engineered, lead to the stabilization of non-trivial pure quantum states. We propose a scheme for continuous generation and stabilization of Schr\"{o}dinger cat states in a cavity using dissipation engineering. We first generate non-classical photon states with definite parity by means of a two-photon drive and dissipation, and then stabilize these transient states against single-photon decay. The single-photon stabilization is autonomous, and is implemented through a second engineered bath, which exploits the photon number dependent frequency-splitting due to Kerr interactions in the strongly dispersive regime of circuit QED. Starting with the Hamiltonian of the baths plus cavity, we derive an effective model of only the cavity photon states along with analytic expressions for relevant physical quantities, such as the stabilization rate. The deterministic generation of such cat states is one of the key ingredients in performing universal quantum computation.<br />Comment: 9 pages, 6 figures

Details

Language :
English
ISSN :
0031899X and 15366065
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review, Physical Review, 2015, 91 (1), pp.013810, Physical Review, American Physical Society (APS), 2015, 91 (1), pp.013810
Accession number :
edsair.doi.dedup.....9c8321570c2433f66e0588189a6c17f8