We report single-shot readout of a superconducting flux qubit by using a flux-driven Josephson parametric amplifier (JPA). After optimizing the readout power, gain of the JPA, and timing of the data acquisition, we observe the Rabi oscillations with a contrast of 74%, which is mainly limited by the bandwidth of the JPA and the energy relaxation of the qubit. The observation of quantum jumps between the qubit eigenstates under continuous monitoring indicates the nondestructiveness of the readout scheme.

1.
M. H.
Devoret
and
R. J.
Schoelkopf
,
Science
339
,
1169
(
2013
).
2.
A.
Blais
,
R.-S.
Huang
,
A.
Wallraff
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. A
69
,
062320
(
2004
).
3.
A.
Wallraff
,
D. I.
Schuster
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
J.
Majer
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
060501
(
2005
).
4.
D. I.
Schuster
,
A. A.
Houck
,
J. A.
Schreier
,
A.
Wallraff
,
J. M.
Gambetta
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
J.
Majer
,
B.
Johnson
,
M. H.
Devoret
 et al,
Nature
445
,
515
(
2007
).
5.
I.
Siddiqi
,
R.
Vijay
,
M.
Metcalfe
,
E.
Boaknin
,
L.
Frunzio
,
R. J.
Schoelkopf
, and
M. H.
Devoret
,
Phys. Rev. B
73
,
054510
(
2006
).
6.
A.
Lupaşcu
,
S.
Saito
,
T.
Picot
,
P. C.
de Groot
,
C. J. P. M.
Harmans
, and
J. E.
Mooij
,
Nat. Phys.
3
,
119
(
2007
).
7.
F.
Mallet
,
F. R.
Ong
,
A.
Palacios-Laloy
,
F.
Nguyen
,
P.
Bertet
,
D.
Vion
, and
D.
Esteve
,
Nat. Phys.
5
,
791
(
2009
).
8.
J. E.
Johnson
,
E. M.
Hoskinson
,
C.
Macklin
,
D. H.
Slichter
,
I.
Siddiqi
, and
J.
Clarke
,
Phys. Rev. B
84
,
220503
(
2011
).
9.
M. A.
Castellanos-Beltran
and
K. W.
Lehnert
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
083509
(
2007
).
10.
T.
Yamamoto
,
K.
Inomata
,
M.
Watanabe
,
K.
Matsuba
,
T.
Miyazaki
,
W. D.
Oliver
,
Y.
Nakamura
, and
J. S.
Tsai
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
042510
(
2008
).
11.
N.
Bergeal
,
R.
Vijay
,
V. E.
Manucharyan
,
I.
Siddiqi
,
R. J. S.
Amd
,
S. M.
Girvin
, and
M. H.
Devoret
,
Nat. Phys.
6
,
296
(
2010
).
12.
R.
Vijay
,
D. H.
Slichter
, and
I.
Siddiqi
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
110502
(
2011
).
13.
J. E.
Johnson
,
C.
Macklin
,
D. H.
Slichter
,
R.
Vijay
,
E. B.
Weingarten
,
J.
Clarke
, and
I.
Siddiqi
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
050506
(
2012
).
14.
D.
Ristè
,
J. G.
van Leeuwen
,
H.-S.
Ku
,
K. W.
Lehnert
, and
L.
DiCarlo
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
050507
(
2012
).
15.
E. P.
Menzel
,
R.
Di Candia
,
F.
Deppe
,
P.
Eder
,
L.
Zhong
,
M.
Ihmig
,
M.
Haeberlein
,
A.
Baust
,
E.
Hoffmann
,
D.
Ballester
 et al,
Phys. Rev. Lett.
109
,
250502
(
2012
).
16.
L.
Zhong
,
E. P.
Menzel
,
R. D.
Candia
,
P.
Eder
,
M.
Ihmig
,
A.
Baust
,
M.
Haeberlein
,
E.
Hoffmann
,
K.
Inomata
,
T.
Yamamoto
,
Y.
Nakamura
,
E.
Solano
,
F.
Deppe
, and
R.
Gross
, e-print arXiv:1307.7285.
17.
J. Y.
Mutus
,
T. C.
White
,
E.
Jeffery
,
D.
Sank
,
R.
Barends
,
J.
Bochmann
,
Y.
Chen
,
Z.
Chen
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
J.
Kelly
,
A.
Megrant
,
C.
Neill
,
P. J. J.
OMalley
,
P.
Roushan
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
I.
Siddiqi
,
R.
Vijay
,
A. N.
Cleland
, and
J. M.
Martinis
, e-print arXiv:1308.1376.
18.
B.
Abdo
,
F.
Schackert
,
M. H.
Hatridge
,
C.
Rigetti
, and
M.
Devoret
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
162506
(
2011
).
19.
K.
Inomata
,
T.
Yamamoto
,
P.-M.
Billangeon
,
Y.
Nakamura
, and
J. S.
Tsai
,
Phys. Rev. B
86
,
140508
(
2012
).
20.
F.
Mallet
,
M. A.
Castellanos-Beltran
,
H. S.
Ku
,
S.
Glancy
,
E.
Knill
,
K. D.
Irwin
,
G. C.
Hilton
,
L. R.
Vale
, and
K. W.
Lehnert
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
220502
(
2011
).
21.
There is an apparent avoided-level crossing around Φ/Φ0=0.29. This is an artifact because of the 2π span of the color chart, while there is 4π rotation in total, namely 2π from each resonator.
22.
M.
Boissonneault
,
J. M.
Gambetta
, and
A.
Blais
,
Phys. Rev. A
79
,
013819
(
2009
).
23.
D. H.
Slichter
,
R.
Vijay
,
S. J.
Weber
,
S.
Boutin
,
M.
Boissonneault
,
J. M.
Gambetta
,
A.
Blais
, and
I.
Siddiqi
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
153601
(
2012
).
24.
A. A.
Clerk
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
,
F.
Marquardt
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
1155
(
2010
);
A. A.
Clerk
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
,
F.
Marquardt
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Rev. Mod. Phys.
, see also the arXiv version, e-print arXiv:0810.4729v2.
25.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4821822 for the error budget of the Rabi contrast and the estimation of the noise temperature of the JPA.
26.
R.
Vijay
,
C.
Macklin
,
D. H.
Slichter
,
S. J.
Weber
,
K. W.
Murch
,
R.
Naik
,
A. N.
Korotkov
, and
I.
Siddiqi
,
Nature
490
,
77
(
2012
).
27.
K.
Koshino
,
K.
Inomata
,
T.
Yamamoto
, and
Y.
Nakamura
, e-print arXiv:1306.6695.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.