Superconducting circuits are well established as a strong candidate platform for the development of quantum computing. In order to advance to a practically useful level, architectures are needed which combine arrays of many qubits with selective qubit control and readout, without compromising on coherence. Here, we present a coaxial circuit quantum electrodynamics architecture in which qubit and resonator are fabricated on opposing sides of a single chip, and control and readout wiring are provided by coaxial wiring running perpendicular to the chip plane. We present characterization measurements of a fabricated device in good agreement with simulated parameters and demonstrating energy relaxation and dephasing times of T1 = 4.1 μs and T2 = 5.7 μs, respectively. The architecture allows for scaling to large arrays of selectively controlled and measured qubits with the advantage of all wiring being out of the plane.

1.
T. D.
Ladd
,
F.
Jelezko
,
R.
Laflamme
,
Y.
Nakamura
,
C.
Monroe
, and
J. L.
O'Brien
,
Nature
464
,
45
53
(
2010
).
2.
M. H.
Devoret
and
R. J.
Schoelkopf
,
Science
339
,
1169
1174
(
2013
).
3.
R.
Barends
,
J.
Kelly
,
A.
Megrant
,
A.
Veitia
,
D.
Sank
,
E.
Jeffrey
,
T. C.
White
,
J.
Mutus
,
A. G.
Fowler
,
B.
Campbell
,
Y.
Chen
,
Z.
Chen
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
C.
Neill
,
P.
O'Malley
,
P.
Roushan
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
A. N.
Korotkov
,
A. N.
Cleland
, and
J. M.
Martinis
,
Nature
508
,
500
503
(
2014
).
4.
D.
Ristè
,
S.
Poletto
,
M. Z.
Huang
,
A.
Bruno
,
V.
Vesterinen
,
O. P.
Saira
, and
L.
DiCarlo
,
Nat. Commun.
6
,
6983
(
2015
).
5.
J.
Kelly
,
R.
Barends
,
A. G.
Fowler
,
A.
Megrant
,
E.
Jeffrey
,
T. C.
White
,
D.
Sank
,
J. Y.
Mutus
,
B.
Campbell
,
Y.
Chen
,
Z.
Chen
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
I. C.
Hoi
,
C.
Neill
,
P. J. J.
O'Malley
,
C.
Quintana
,
P.
Roushan
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
A. N.
Cleland
, and
J. M.
Martinis
,
Nature
519
,
66
69
(
2015
).
6.
N.
Ofek
,
A.
Petrenko
,
R.
Heeres
,
P.
Reinhold
,
Z.
Leghtas
,
B.
Vlastakis
,
Y.
Liu
,
L.
Frunzio
,
S. M.
Girvin
,
L.
Jiang
,
M.
Mirrahimi
,
M. H.
Devoret
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Nature
536
,
441
445
(
2016
).
7.
Y.
Salathé
,
M.
Mondal
,
M.
Oppliger
,
J.
Heinsoo
,
P.
Kurpiers
,
A.
Potočnik
,
A.
Mezzacapo
,
U.
Las Heras
,
L.
Lamata
,
E.
Solano
,
S.
Filipp
, and
A.
Wallraff
,
Phys. Rev. X
5
,
021027
(
2015
).
8.
R.
Barends
,
L.
Lamata
,
J.
Kelly
,
L.
García-Álvarez
,
A. G.
Fowler
,
A.
Megrant
,
E.
Jeffrey
,
T. C.
White
,
D.
Sank
,
J. Y.
Mutus
,
B.
Campbell
,
Y.
Chen
,
Z.
Chen
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
I. C.
Hoi
,
C.
Neill
,
P. J. J.
O'Malley
,
C.
Quintana
,
P.
Roushan
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
E.
Solano
, and
J. M.
Martinis
,
Nat. Commun.
6
,
7654
(
2015
).
9.
P. J. J.
O'Malley
,
R.
Babbush
,
I. D.
Kivlichan
,
J.
Romero
,
J. R.
McClean
,
R.
Barends
,
J.
Kelly
,
P.
Roushan
,
A.
Tranter
,
N.
Ding
,
B.
Campbell
,
Y.
Chen
,
Z.
Chen
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
A. G.
Fowler
,
E.
Jeffrey
,
E.
Lucero
,
A.
Megrant
,
J. Y.
Mutus
,
M.
Neeley
,
C.
Neill
,
C.
Quintana
,
D.
Sank
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
T. C.
White
,
P. V.
Coveney
,
P. J.
Love
,
H.
Neven
,
A.
Aspuru-Guzik
, and
J. M.
Martinis
,
Phys. Rev. X
6
,
031007
(
2016
).
10.
A. G.
Fowler
,
M.
Mariantoni
,
J. M.
Martinis
, and
A. N.
Cleland
,
Phys. Rev. A
86
,
032324
(
2012
).
11.
S.
Boixo
,
S. V.
Isakov
,
V. N.
Smelyanskiy
,
R.
Babbush
,
N.
Ding
,
Z.
Jiang
,
J. M.
Martinis
, and
H.
Neven
, e-print arXiv:1608.00263.
12.
R.
Versluis
,
S.
Poletto
,
N.
Khammassi
,
N.
Haider
,
D. J.
Michalak
,
A.
Bruno
,
K.
Bertels
, and
L.
DiCarlo
, e-print arXiv:1612.08208.
13.
J.
Mutus
,
B.
Foxen
,
E.
Lucero
,
J.
Kelly
,
Y.
Yang
,
A.
Yu
,
M.
Baldwinson
,
Z.
Chen
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
C.
Neill
,
C.
Quintana
,
J.
Wenner
, and
J. M.
Martinis
, in
H46.00006: APS March Meeting
(
2017
).
14.
J. H.
Béjanin
,
T. G.
McConkey
,
J. R.
Rinehart
,
C. T.
Earnest
,
C. R. H.
McRae
,
D.
Shiri
,
J. D.
Bateman
,
Y.
Rohanizadegan
,
B.
Penava
,
P.
Breul
,
S.
Royak
,
M.
Zapatka
,
A. G.
Fowler
, and
M.
Mariantoni
,
Phys. Rev. Appl.
6
,
044010
(
2016
).
15.
C.
Axline
,
M.
Reagor
,
R.
Heeres
,
P.
Reinhold
,
C.
Wang
,
K.
Shain
,
W.
Pfaff
,
Y.
Chu
,
L.
Frunzio
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
042601
(
2016
).
16.
T.
Brecht
,
Y.
Chu
,
C.
Axline
,
W.
Pfaff
,
J. Z.
Blumoff
,
K.
Chou
,
L.
Krayzman
,
L.
Frunzio
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. Applied
7
,
044018
(
2017
).
17.
A.
Narla
,
S.
Shankar
,
M.
Hatridge
,
Z.
Leghtas
,
K. M.
Sliwa
,
E.
Zalys-Geller
,
S. O.
Mundhada
,
W.
Pfaff
,
L.
Frunzio
,
R. J.
Schoelkopf
, and
M. H.
Devoret
,
Phys. Rev. X
6
,
031036
(
2016
).
18.
S. K.
Tolpygo
,
Low Temp. Phys.
42
,
361
379
(
2016
).
19.
J.
Koch
,
T. M.
Yu
,
J.
Gambetta
,
A. A.
Houck
,
D. I.
Schuster
,
J.
Majer
,
A.
Blais
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. A
76
,
042319
(
2007
).
20.
J.
Braumüller
,
M.
Sandberg
,
M. R.
Vissers
,
A.
Schneider
,
S.
Schlör
,
L.
Grünhaupt
,
H.
Rotzinger
,
M.
Marthaler
,
A.
Lukashenko
,
A.
Dieter
,
A. V.
Ustinov
,
M.
Weides
, and
D. P.
Pappas
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
032601
(
2016
).
21.
A.
Wallraff
,
D. I.
Schuster
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
R.-S.
Huang
,
J.
Majer
,
S.
Kumar
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Nature
431
,
162
167
(
2004
).
22.

In order to rule out the possibility that this resonance is a mode of the sample holder, we have performed high frequency simulations of the device predicting the LC resonance at 10.5 GHz and the lowest frequency mode of the sample holder at 20.5 GHz.

23.
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
).
24.
R.
Bianchetti
,
S.
Filipp
,
M.
Baur
,
J. M.
Fink
,
M.
Göppl
,
P. J.
Leek
,
L.
Steffen
,
A.
Blais
, and
A.
Wallraff
,
Phys. Rev. A
80
,
043840
(
2009
).
25.
E.
Lucero
,
J.
Kelly
,
R. C.
Bialczak
,
M.
Lenander
,
M.
Mariantoni
,
M.
Neeley
,
A. D.
O'Connell
,
D.
Sank
,
H.
Wang
,
M.
Weides
,
J.
Wenner
,
T.
Yamamoto
,
A. N.
Cleland
, and
J. M.
Martinis
,
Phys. Rev. A
82
,
042339
(
2010
).
26.
K.
Geerlings
,
Z.
Leghtas
,
I. M.
Pop
,
S.
Shankar
,
L.
Frunzio
,
R. J.
Schoelkopf
,
M.
Mirrahimi
, and
M. H.
Devoret
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
120501
(
2013
).
You do not currently have access to this content.