Suppression of Crosstalk in Superconducting Qubits Using Dynamical Decoupling

Transmon公司 量子位元 量子计算机 动态解耦 物理 超导量子计算 量子 拓扑(电路) 计算机科学 量子力学 电气工程 工程类
作者
V.K. Tripathi,Huo Chen,Mostafa Khezri,Ka-Wa Yip,Eli Levenson-Falk,Daniel A. Lidar
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:18 (2) 被引量:99
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.18.024068
摘要

Currently available superconducting quantum processors with interconnected transmon qubits are noisy and prone to various errors. The errors can be attributed to sources such as open quantum system effects and spurious inter-qubit couplings (crosstalk). The ZZ-coupling between qubits in fixed frequency transmon architectures is always present and contributes to both coherent and incoherent crosstalk errors. Its suppression is therefore a key step towards enhancing the fidelity of quantum computation using transmons. Here we propose the use of dynamical decoupling to suppress the crosstalk, and demonstrate the success of this scheme through experiments performed on several IBM quantum cloud processors. In particular, we demonstrate improvements in quantum memory as well as the performance of single-qubit and two-qubit gate operations. We perform open quantum system simulations of the multi-qubit processors and find good agreement with the experimental results. We analyze the performance of the protocol based on a simple analytical model and elucidate the importance of the qubit drive frequency in interpreting the results. In particular, we demonstrate that the XY4 dynamical decoupling sequence loses its universality if the drive frequency is not much larger than the system-bath coupling strength. Our work demonstrates that dynamical decoupling is an effective and practical way to suppress crosstalk and open system effects, thus paving the way towards higher-fidelity logic gates in transmon-based quantum computers.

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