Quantum trajectories of superconducting qubits

• Published in: Comptes rendus. Physique Vol. 17; no. 7; pp. 766 - 777
• Main Authors: Weber, Steven J., Murch, Kater W., Kimchi-Schwartz, Mollie E., Roch, Nicolas, Siddiqi, Irfan
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Masson SAS 01.08.2016; Académie des sciences (Paris)
• Subjects: Amplificateurs paramétriques; Condensed Matter; Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect; Mesure quantique; Microwave quantum optics; Optique quantique au régime micro-onde; Parametric amplifiers; Physics; Processus d'information quantique; Quantum information processing; Quantum measurement; Quantum Physics; Qubits supraconducteurs; Superconducting qubits; Optique quantique au régime micro-onde; Amplificateurs paramétriques; Parametric amplifiers; Quantum information processing; Microwave quantum optics; Processus d'information quantique; Mesure quantique; Qubits supraconducteurs; Superconducting qubits; Quantum measurement
• ISSN: 1631-0705; 1878-1535
• DOI: 10.1016/j.crhy.2016.07.007

In this review, we discuss recent experiments that investigate how the quantum sate of a superconducting qubit evolves during measurement. We provide a pedagogical overview of the measurement process, when the qubit is dispersively coupled to a microwave frequency cavity, and the qubit state is encoded in the phase of a microwave tone that probes the cavity. A continuous measurement record is used to reconstruct the individual quantum trajectories of the qubit state, and quantum state tomography is performed to verify that the state has been tracked accurately. Furthermore, we discuss ensembles of trajectories, time-symmetric evolution, two-qubit trajectories, and potential applications in measurement-based quantum error correction. Dans ce compte rendu, nous présentons des expériences récentes permettant d'observer l'évolution d'un qubit supraconducteur pendant une mesure. Nous couvrons de manière pégagogique le processus de mesure dans le cas où le qubit est couplé dispersivement à une cavité micro-ondes de manière à ce que son état soit encodé dans la phase d'un ton micro-onde sondant la cavité. Un enregistrement étalé dans le temps est utilisé pour reconstruire les trajectoires quantiques individuelles de l'état du qubit, et la précision de ces trajectoires est vérifiée par une tomographie d'état quantique. De plus, nous discutons les ensembles de trajectoires, l'évolution symmétrique par renversement du temps, les trajectoires à deux qubits et les applications potentielles en correction d'erreur quantique basée sur la mesure.