Tomographic characterization of quantum non-demolition measurements in superconducting circuits

Resumen

Las mediciones cuánticas no destructivas (QND) permiten evaluaciones repetidas de un observable sin destruir el sistema cuántico. La caracterización efciente de estas mediciones es escencial para certifcar, mejorar y escalar los procesadores cuánticos. En esta tesis, abordamos el desafío simulando y caracterizando mediciones de QND mediante tomografía cuántica. Primero, introducimos un esquema de tomografía autoconsistente para realizar una caracterización física completa de un detector QND arbitrario, incluyendo la reconstrucción de los procesos de medición y la extracción de cuantifcadores relevantes como la fdelidad de medida, la QND-ness, y la destructividad. Este marco de trabajo es una herramienta de diagnóstico de la dinámica de detectores QND, permitiéndonos identifcar errores y mejorar su calibración y diseño. Ilustramos esto en una simulación realista de Jaynes-Cummings de una lectura de qubit superconductor de alta anarmonicidad. Caracterizamos los errores no dispersivos, cuantifcamos la back-action introducida por la cavidad de medida y calibramos el punto de medición óptimo. Luego mostramos que este procedimiento se puede paralelizar de manera efciente mediante medidas uno y dos qubits en un procesador cuántico multi-qubits. Proporcionamos una demostración experimental del protocolo tomográfco en un dispositivo IBM-Q de 7 qubits, caracterizando la calidad de medida convencional de los qubits, así como mediciones generalizadas como la paridad o los esquemas de medición -reset-feedback. También mostramos cómo cuantifcar el crosstalk de mediciones y utilizarla para certifcar la calidad de la medidas simultánea en múltiples qubits. Nuestro método es una alternativa efciente para caracterizar y comprender las mediciones QND en dispositivos cuánticos actuales desde el punto de vista teórico y experimental