<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Quantum Sci. Technol.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Quantum Science and Technology</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Quantum Sci. Technol.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2813-2181</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1135816</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frqst.2023.1135816</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Quantum Science and Technology</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Shortcuts to adiabaticity in a fast controlled-phase gate in superconducting quantum circuits</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Li et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/frqst.2023.1135816">10.3389/frqst.2023.1135816</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Jia-Xin</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2173881/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>C&#xe1;rdenas-L&#xf3;pez</surname>
<given-names>F. A.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2157727/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Xi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1306800/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>International Center of Quantum Artificial Intelligence for Science and Technology (QuArtist) and Physics Department</institution>, <institution>Shanghai University</institution>, <addr-line>Shanghai</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Forschungszentrum J&#xfc;lich GmbH</institution>, <institution>Peter Gr&#xfc;nberg Institute</institution>, <institution>Quantum Control (PGI-8)</institution>, <addr-line>J&#xfc;lich</addr-line>, <country>Germany</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Department of Physical Chemistry</institution>, <institution>University of the Basque Country UPV/EHU</institution>, <addr-line>Bilbao</addr-line>, <country>Spain</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<sup>4</sup>
<institution>EHU Quantum Center</institution>, <institution>University of the Basque Country UPV/EHU</institution>, <addr-line>Leioa</addr-line>, <country>Spain</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1699232/overview">Erik Torrontegui</ext-link>, Universidad Carlos III de Madrid, Spain</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1694835/overview">Yang Yu</ext-link>, Nanjing University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1481919/overview">Chuan Wang</ext-link>, Beijing Normal University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xi Chen, <email>xi.chen@ehu.eus</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Quantum Engineering, a section of the journal Frontiers in Quantum Science and Technology</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>15</day>
<month>03</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>2</volume>
<elocation-id>1135816</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>01</day>
<month>01</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>14</day>
<month>02</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Li, C&#xe1;rdenas-L&#xf3;pez and Chen.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Li, C&#xe1;rdenas-L&#xf3;pez and Chen</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Based on renewed interest in the shortcut-to-adiabaticity techniques in quantum control, we propose a reverse-engineering approach to modulate the longitudinal coupling between a pair of two-level systems with a quantized single-mode resonator. This allows us to suppress the unwanted transitions in the time-evolution operator such that the system dynamics resemble a controlled-phase gate acting in the qubit subspace at the nanosecond scale. The reduced gating time mitigates the detrimental effect produced by the loss mechanisms in all aspects. Moreover, we present a possible experimental implementation based on superconducting quantum circuits. Our work further demonstrates the versatility of the reverse-engineering method to enhance quantum protocols based on circuit quantum electrodynamic architecture.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>quantum control</kwd>
<kwd>shortcuts to adiabaticity</kwd>
<kwd>quantum gates</kwd>
<kwd>superconducting circuits</kwd>
<kwd>circuit quantum electrodynamics</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Superconducting quantum circuits (SCs) and circuit quantum electrodynamics (cQED) (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Blais et al., 2004</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Chiorescu et al., 2004</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B64">Wallraff et al., 2004</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Devoret and Martinis, 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B65">Wendin and Shumeiko, 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B73">You and Nori, 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Clarke and Wilhelm, 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B56">Schoelkopf and Girvin, 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Devoret and Schoelkopf, 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B36">Kockum and Nori, 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Krantz et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Kjaergaard et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Martinis et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B7">Blais et al., 2021</xref>) have become promising quantum platforms for quantum information processing (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Blais et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Blais et al., 2020</xref>) to implement quantum algorithms (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Montanaro, 2016</xref>). This method has also been suitable for quantum simulation (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Buluta and Nori, 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B31">Houck et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Georgescu et al., 2014</xref>) and, lately, strong evidence has been provided of computational advantages over its classical counterpart (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Arute et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B67">Wu et al., 2021</xref>).</p>
<p>The tailor-made feature offered by the quantum platform permits us to engineer integrated electronic devices that mimic the fundamental elements of cavity QED. For example, artificial atoms correspond to Josephson junction-based circuits behaving as non-linear oscillators whose energy spectrum exhibits noticeable large anharmonicity (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Bouchiat et al., 1998</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Mooij et al., 1999</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Nakamura et al., 1999</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B49">Orlando et al., 1999</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B43">Martinis et al., 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Koch et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B57">Schreier et al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Manucharyan et al., 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Barends et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Nguyen et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B70">Yan et al., 2020</xref>). At the same time, LC circuits and transmission line resonators correspond to the quantized field mode (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Itoh, 1974</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">G&#xf6;ppl et al., 2008</xref>). The coupling between these subsystems with additional circuit elements as the superconducting quantum interference device (SQUID) allows access to tunable transition energy and switchable coupling strength (<xref ref-type="bibr" rid="B61">Srinivasan et al., 2011</xref>). Furthermore, the increasing understanding of the fabrication techniques leads to engineered quantum systems with longer coherence times that protect them from the action of the environment (<xref ref-type="bibr" rid="B65">Wendin and Shumeiko, 2005</xref>).</p>
<p>With these elements, we aimed to design a set of logic operations between these artificial atoms that correspond to one- and two-qubit quantum gates, respectively. In circuit quantum electrodynamics, a plethora of two-qubit quantum gates has been proposed, which includes the iSWAP (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Bialczak et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Dewes et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Li et al., 2020</xref>), the controlled-not (CNOT) (<xref ref-type="bibr" rid="B51">Paraoanu, 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B53">Rigetti and Devoret, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Chow et al., 2011</xref>), the controlled-phase (CP) (<xref ref-type="bibr" rid="B62">Strauch et al., 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B71">Yang and Han, 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">DiCarlo et al., 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B69">Yamamoto et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B68">Xiong et al., 2022</xref>), the cross-resonance gate (CR) (<xref ref-type="bibr" rid="B51">Paraoanu, 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B53">Rigetti and Devoret, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Chow et al., 2011</xref>), and the resonator-induced CP gate (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Chow et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B50">Paik et al., 2016</xref>), among others. The physics underlying these implementations relies upon the tunability of control parameters such that the dynamics on the two-qubit subspace at some sweet spot represent the desired gate (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Li et al., 2020</xref>). Likewise, it is also possible to engineer quantum gates regarding fixed-frequency qubits that are driven by external microwave pulses (<xref ref-type="bibr" rid="B51">Paraoanu, 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B53">Rigetti and Devoret, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Chow et al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Chow et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B50">Paik et al., 2016</xref>). The most common situation is where the effective two-qubit interaction appears in a dispersive approximation between the qubits and the mediator (resonator or coupler) (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Hua et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B60">Srinivasa et al., 2016</xref>), leading to a slow gating time that is a detriment to gate performance.</p>
<p>An alternative way to improve gate performance would be to achieve larger coupling strength values or drive the resonator with a high power signal that yields gating time at a sub-nanosecond time scale (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Garc&#xed;a-Ripoll et al., 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Campbell et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Chen, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B54">Romero et al., 2012</xref>). Nevertheless, these extreme considerations affecting the coupling and drive intensity may provoke leakage outside the computational basis and introduce unwanted transitions that will reduce gate performance even more. A way to circumvent this problem relies upon the use of quantum control techniques that accelerate the gating time while maintaining bounded coupling strength between the subsystem and the intensity drive. Within the broad family of quantum control techniques, we assess the shortcuts to adiabaticity (STA) (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Chen et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B30">Gu&#xe9;ry-Odelin et al., 2019</xref>), which provide optimal and robust solutions for accelerating slow adiabatic processes while overcoming systematic errors induced by fabrication errors or the unavoidable interaction with the environment (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Gu&#xe9;ry-Odelin et al., 2019</xref>,and references therein). In this regard, STA protocols have been generalized to open quantum system dynamics (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Dann et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Alipour et al., 2020</xref>), and the dissipative qubit readouts have been improved by adding counter-diabatic terms (<xref ref-type="bibr" rid="B72">Yin et al., 2022</xref>) or through inverse engineering of the longitudinal coupling (<xref ref-type="bibr" rid="B13">C&#xe1;rdenas-L&#xf3;pez and Chen, 2022</xref>) in cQED.</p>
<p>Motivated by these advancements, we propose a method to engineer the longitudinal coupling between two transmon qubits coupled to an LC resonator to accelerate the performance of a controlled-phase gate. By using the reverse-engineering approach, we eliminated the unwanted terms appearing on the time-evolution operator governing the system dynamics such that, at a gating time of approximately 2 nanoseconds, the operator represents the required gate. Moreover, we analyzed the performance of the quantum gate under the typical noise source appearing in superconducting circuits and observed no detrimental effects on the final state within the short gating time. Herein, we discuss an experimental implementation with consistent state-of-the-art cQED architecture.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Model and Hamiltonian</title>
<p>Let us consider a quantized single field mode of frequency <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> coupled longitudinally to a pair of two-level systems where each of them has transition frequency <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>q</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, and we assume that they are coupled to the resonator through the time-dependent coupling strength <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>). This situation is described by the following Hamiltonian (<italic>&#x210f;</italic> &#x2261; 1):<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the annihilation (creation) operator for the bosonic mode and <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> corresponds to the <italic>z</italic>-component Pauli matrix describing the two-level system. The longitudinal coupling has been proposed and implemented in several quantum platforms, such as trapped ions (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Milburn et al., 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B59">S&#xf8;rensen and M&#xf8;lmer, 2000</xref>) and superconducting quantum circuits (<xref ref-type="bibr" rid="B54">Romero et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Didier et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B52">Richer and DiVincenzo, 2016</xref>). The importance of this interaction stems from the field displacement <italic>conditional</italic> to the qubit state, with the applications ranging from qubit measurement (<xref ref-type="bibr" rid="B13">C&#xe1;rdenas-L&#xf3;pez and Chen, 2022</xref>) to the generation of multi-partite quantum states. Here, by employing the technique of STA, we inversely engineered the coupling strength <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) to reduce the gating time of a controlled-phase gate (<xref ref-type="bibr" rid="B54">Romero et al., 2012</xref>). To do so, we began with <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in the interaction picture<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m6">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where, for simplicity, we renamed the variables as follows: <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m7">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. We proceeded by writing the time evolution operator <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the time-ordered operator. Using the Baker&#x2013;Campbell&#x2013;Hausdorff formula, the time-evolution operator was divided into<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m10">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m11">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m12">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are functions that can be obtained through the Schr&#xf6;dinger equation <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Material</xref> for the detailed derivation). After some lengthy, but straightforward, calculations, we found that these functions needed to satisfy the following differential equations:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m14">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>For time-independent coefficients <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, these equations reduced to <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m15">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m16">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, which vanished at <italic>t</italic> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic>/<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>. Nevertheless, in the context of the STA technique, it was possible to engineer <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) such that the gate reduced to <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> &#x3d; 1.89 (ns), while ensuring that the following final boundary conditions,<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m17">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>were fulfilled at the gating time <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>. This gives the time-evolution operator as follows:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>Coming back to the Schr&#xf6;dinger picture, we obtained<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m19">
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>with <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>q</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>
<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>/2. Thus, for a specific gating time <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>, and by engineering the coupling strength <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>), it was possible to express the time evolution operator <italic>U</italic> (<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>) as a controlled phase gate.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 STA control: Reverse engineering</title>
<p>In this section, we aimed to design a modulation for the coupling strength <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) such that, at a desirable gating time <italic>t</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub>, the time-evolution operator in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref> represents a controlled-phase gate acting on the qubit subspace. In other words, we intend that <italic>U</italic> (<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>) &#x2261; <bold>CZ</bold> &#x2295;<bold>I</bold>. To do so, we had to find the unitary transformation <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that expressed the Hamiltonian in its adiabatic frame (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Gu&#xe9;ry-Odelin et al., 2019</xref>). In this frame, the Hamiltonian is block diagonal. Conversely, dynamical evolution is always along the instantaneous eigenstates of the system without transitions. More precisely, <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must satisfy the following relation:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m22">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">ff</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2295;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x2202;</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> refers to the time-derivative acting over operators. In general, it is possible to express <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a product of unitaries, where <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m24">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is its <italic>&#x2113;</italic>th generator. Though such generators can be calculated perturbatively through the Schrieffer&#x2013;Wolff transformation (<xref ref-type="bibr" rid="B58">Schrieffer and Wolff, 1966</xref>), the generators <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m25">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> of the transformation for the longitudinal interaction (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Chen et al., 2018</xref>) are exactly solvable (<xref ref-type="bibr" rid="B11">&#x10c;ade&#x17e; et al., 2014</xref>) and given by<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <italic>g</italic>
<sub>
<italic>c</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) is an auxiliary (classical) variable that eliminates the coupling strength in the Hamiltonian <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m27">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; moreover, <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m28">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is a phase relating the coupling strength <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) with the classical variable <italic>g</italic>
<sub>
<italic>c</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) through the Lagrangian,<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m29">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>that has the following Euler&#x2013;Lagrange equation:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>from which the control problem is reduced to solving a set of <italic>N</italic> differential equations (<italic>N</italic> is the number of qubits). The initial conditions for these equation sets require that, at <italic>t</italic> &#x3d; 0 and <italic>t</italic> &#x3d; <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>, both adiabatic and lab frame must coincide (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Chen et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B30">Gu&#xe9;ry-Odelin et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">C&#xe1;rdenas-L&#xf3;pez and Chen, 2022</xref>). Therefore, the initial conditions are given by<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m31">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>To assure smooth coupling strength modulation, we added the extra constraints <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m32">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. Furthermore, to guarantee that the time-evolution operator satisfied <italic>U</italic>
<sub>
<italic>I</italic>
</sub>(<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>) &#x3d; <bold>CZ</bold>, we demanded that the coupling strength <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) met the conditions pointed out in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref> for any value of the angle &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub>. We solved this set of differential equations by proposing two different solutions, with the first of them corresponding to a trigonometric protocol pulse (<xref ref-type="bibr" rid="B63">Theis et al., 2018</xref>) of the form<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m33">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Tri</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <italic>M</italic> is the number coefficient required to fulfill all the initial conditions, and <italic>g</italic>
<sub>
<italic>c</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) and its (<italic>k</italic> &#x2212; 1)th derivatives vanish at <italic>t</italic> &#x3d; 0 and <italic>t</italic> &#x3d; <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for all values of <italic>n</italic>. Selecting <italic>k</italic> &#x3d; 3 resulted in <italic>g</italic>
<sub>
<italic>c</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>), <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m34">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m35">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> vanishing at those times. This feature of the modulation permitted reduction of the number of coefficients to four, which corresponds to the real and imaginary part of <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m36">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m37">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Furthermore, we wanted to compare the trigonometric solution with a polynomial form of STA modulation for completeness (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Chen et al., 2018</xref>):<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m38">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>STA</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>The STA modulation satisfied construction of the conditions <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m39">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In that case, we required seven coefficients to completely solve the set of differential equations. Engineering the auxiliary functions <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m40">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c6;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> allowed us to find the coupling strength modulation through the relation <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m41">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c6;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c6;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, &#x22c6; &#x3d; {Tri,STA}. <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> shows the coupling strength modulation <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>), and the auxiliary functions <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m42">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>B</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub>(<italic>t</italic>) as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for both anzats given in Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref> for different phases &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub>. From <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>, we can appreciate that neither modulation exhibited any kind of discontinuity, and the main difference between them is that the polynomial anzat takes negative values; in both cases, the variation of the final phase generated a family of shortcut coupling strength modulations {<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>)}. Next, we analyzed the system dynamics of the Hamiltonian <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m43">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> using the coupling strength modulation <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) obtained through the trigonometric solutions and STA.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Modulation of coupling strength <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for different values of &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> &#x3d; (0, <italic>&#x3c0;</italic>/8) for <bold>(A)</bold> trigonometric and <bold>(D)</bold> STA modulation, and the parameter <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m44">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of the normalized time for different phases, where green and blue lines correspond to the real and imaginary parts of <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively; see <bold>(B)</bold> trigonometric and <bold>(E)</bold> STA modulation. Finally, for the modulated phase <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m46">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for different final phases &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub>, see <bold>(C)</bold> trigonometric and <bold>(F)</bold> STA modulation, where yellow and blue lines stand for real and imaginary parts, respectively. The simulations were performed using the practical parameters <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>q</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic> &#xd7; 3.28 GHz, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic> &#xd7; 10&#xa0;GHz, and <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> &#x3d; 12<italic>&#x3c0;</italic>/<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> &#x2261; 1.89 ns.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-02-1135816-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Controlled-phase gate</title>
<p>As mentioned previously, generating fast and high-fidelity two-qubit quantum gates is at the heart of quantum computations and their applications in simulations and information processing, among other disciplines. In particular, the controlled-phase gate, i.e., CZ, changes the phase of the quantum state conditionally. In the basis {&#x7c;gg&#x27e9;, &#x7c;ge&#x27e9;, &#x7c;eg&#x27e9;, &#x7c;ee&#x27e9;}, it has the following form:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m47">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">Z</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>The CZ gate acts as an entangling gate when the initial quantum state is of the form &#x7c;&#x3a8;&#x27e9; &#x3d; (&#x3b1;&#x7c;g&#x27e9; &#x2b; &#x3b2;&#x7c;e&#x27e9;)(a&#x7c;g&#x27e9; &#x2b; b&#x7c;e&#x27e9;). The change phase on the state &#x7c;ee&#x27e9; does not permit writing the state as a tensor product. Conversely, the entanglement of formation (EoF) in the state is different from zero. For instance, for a quantum state with balanced amplitudes <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m48">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>, the CZ gate with &#x398;&#x2113;,&#x2113;&#x2032; &#x3d; &#x3c0;/2 generates a maximally entangled state. In particular, for a pure two-qubit state, the maximal entanglement is achieved when 2&#x7c;&#x3b1;a&#x3b2;b (1 &#x2212; exp&#x2009;i&#x398;&#x2113;,&#x2113;&#x2032;)&#x7c; &#x3d; 1. Thus, having knowledge about the initial state of the system allowed us to use reverse-engineering to set an adequate angle &#x398;&#x2113;,&#x2113;&#x2032; that maximized the EoF of the system.</p>
<p>More specifically, with our reverse-engineering protocol, the system dynamics reduced to the time-evolution operator depicted in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref>. During the time evolution, the states {&#x7c;gg&#x27e9;, &#x7c;ge&#x27e9;, &#x7c;eg&#x27e9;, &#x7c;ee&#x27e9;} accumulated different phases given by<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m49">
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>diag</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>diag</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where the equal qubit frequency, i.e., <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub>
<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>/2 was assumed. The first term on the time-evolution operator corresponds to the free terms of each qubit, whereas the second one is the effective ZZ interaction appearing due to factorization of the cavity degree of freedom. To obtain the typical controlled-phase gate <bold>CZ</bold> &#x3d; diag [1, 1, 1&#x2013;1], up to a global phase factor, we needed to solve<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m50">
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>For the shorter generation time, we chose <italic>n</italic> &#x3d; 0 and obtained &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> &#x3d; &#xb1;<italic>&#x3c0;</italic>/8, which resulted in <italic>U</italic> (<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub>) &#x2261; <bold>CZ</bold> &#x3d; diag[1, 1, 1&#x2013;1] up to a global time-dependent phase factor. Different values of &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> will accumulate relative phases on the other state component, thereby degrading the performance of the quantum gate.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> shows the system dynamics of the Hamiltonian in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> for two different trigonometric and STA modulations. We calculated the population of the pair of two-level systems, the resonator and the EoF, of the two-qubit subspace for different angles &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> when the system was initialized in the state &#x7c;&#x3a8;(0)&#x27e9; &#x3d; &#x7c; &#x2b; &#x27e9; &#x2297;&#x7c; &#x2b; &#x27e9; &#x2297;&#x7c;0&#x27e9;, where <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m51">
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> is the eigenstate of x Pauli matrix <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>
<italic>x</italic>
</sup> and &#x7c;0&#x27e9; is the vacuum state of the resonator, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> demonstrates no change in the population in the two-qubit subspace, implying no excitation exchange between the qubits and the resonator. On the other hand, in the resonator subspace during the system dynamics, the resonator populated higher excitation states due to the cavity displacement introduced by the interaction term of the Hamiltonian in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>. Nevertheless, at the end of the system dynamics, the resonator recovered the population in the ground state (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2B&#x2013;D</xref>). Therefore, it makes sense that STA was not adiabatic at all during the intermediate time, but the initial and final states coincided with those that were adiabatic due to the initial and final boundary conditions imposed previously.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Population of the pair of two-level systems as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for different values of &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> &#x3d; (0, <italic>&#x3c0;</italic>/8) for <bold>(A)</bold> trigonometric and <bold>(D)</bold> STA modulation. Population evolution of the resonator as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for the <bold>(B)</bold> trigonometric and <bold>(E)</bold> STA modulation. Finally, EoF for the reduced density matrix consisting of the pair of two-level systems as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for the <bold>(C)</bold> trigonometric and <bold>(F)</bold> STA modulation. The parameters are the same as those in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-02-1135816-g002.tif"/>
</fig>
<p>Next, we turned to the correlations embedded on the two-qubit subspace through the EoF, which, for this system, have an exact form given by <disp-formula id="e18">
<mml:math id="m52">
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>log</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>log</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where the quantity <italic>C</italic> is termed concurrence defined as <italic>C</italic> &#x3d; max(0, <italic>E</italic>
<sub>4</sub> &#x2212; <italic>E</italic>
<sub>3</sub> &#x2212; <italic>E</italic>
<sub>2</sub> &#x2212; <italic>E</italic>
<sub>1</sub>), where <italic>E</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> are the eigenvalues (in increasing order) of the matrix <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m53">
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B66">Wootters, 1998</xref>). <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2C&#x2013;F</xref> show the EoF as a function of the normalized gating time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for both trigonometric and STA modulations. By changing the angle &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> in both cases, we observed existence of the optimal value of <italic>&#x3c0;</italic>/8, where the EoF reached its maximal value for the state &#x7c;&#x3a8;(0)&#x27e9; &#x3d; &#x7c; &#x2b; &#x27e9; &#x2297;&#x7c; &#x2b; &#x27e9; &#x2297;&#x7c;0&#x27e9;. A slight difference between the modulations occurred <italic>via</italic> the trigonometric-like pulses that exhibited a plateau in the EoF at the end of the dynamics, which did not occur with the STA modulation. The existence of this plateau indicates that only trigonometric-like modulation achieves optimal correlation values at times that are slightly shorter than <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> &#x3d; 12<italic>&#x3c0;</italic>/<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> &#x2261; 1.89 ns. However, we observed identical overall performance for both modulations. The next step in the characterization of our <bold>CZ</bold> gate relied on its performance under a loss mechanism, such as energy relaxation in the resonator and the two-level systems and depolarizing noise, respectively. In this scenario, the system dynamics were governed by the following master equation:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c1;</italic>(<italic>t</italic>) is the density matrix describing the quantum state at time <italic>t</italic> and <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m55">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Hamiltonian in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>. Moreover, {<italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>&#x3d5;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>} correspond to the relaxation and dephasing rate of the <italic>&#x2113;</italic>th two-level system, respectively. Also, <italic>&#x3ba;</italic> is the relaxation rate of the resonator. Finally, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m56">
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> is the Lindbladian superoperator describing the loss mechanism. We performed the numerical simulation by using experimental physical parameters for the decay rates, yielding <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; 0.48 (MHz) (<xref ref-type="bibr" rid="B55">Saira et al., 2014</xref>), <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>&#x3d5;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; 0.15 (MHz) (<xref ref-type="bibr" rid="B55">Saira et al., 2014</xref>), and <italic>&#x3ba;</italic> &#x3d; 21 (MHz) (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Didier et al., 2015</xref>), respectively.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> shows the population of the two-qubit and resonator subspace, and the EoF as a function of the dimensionless gating time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for the density matrix <italic>&#x3c1;</italic>(<italic>t</italic>) solution of the master equation in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">19</xref>. There was no appreciable detrimental effect on the two-qubit subspace, and the population changed slightly and only at the end of the system dynamics without significantly affecting the performance of the protocol. For the resonator population, slight distortions of the population evolution were observed, which were produced mainly by the dissipation on the resonator, since its presence altered the displacement trajectory of the phase space. For the evolution of the EoF, we also observed that, for the optimal angle &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> &#x3d; <italic>&#x3c0;</italic>/8, there was no appreciable detrimental effect on the EoF at the end of the dynamics. However, for different angles, the generated correlation drastically decreased. In this situation, we concluded that the accumulated phase on each state component was affected by the depolarizing noise, since the relaxation losses did not abruptly change the population in the two-qubit state. In this sense, the controlled-phase gate was robust under relaxation noise, but fragile under depolarizing noise when the phase was not working at the optimal value &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> &#x3d; <italic>&#x3c0;</italic>/8.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Population of the pair of two-level systems as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for different values of &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> &#x3d; (0, <italic>&#x3c0;</italic>/8) for <bold>(A)</bold> trigonometric and <bold>(D)</bold> STA modulation. Population evolution of the resonator as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for the <bold>(B)</bold> trigonometric and <bold>(E)</bold> STA modulation. Finally, EoF for the reduced density matrix consisting of the pair of two-level systems as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for the <bold>(C)</bold> trigonometric and <bold>(F)</bold> STA modulation. The dynamics were calculated using the master equation in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">19</xref>. The parameters are the same as those in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-02-1135816-g003.tif"/>
</fig>
<p>On the other hand, to demonstrate the robustness of the controlled-phase gate implementation over different initialization, we calculated the Schr&#xf6;dinger equation and the master equation [Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">(19)</xref>] for the system prepared in the initial state &#x7c;&#x3a8;(0)&#x27e9; &#x3d; [cos(<italic>&#x3b8;</italic>)&#x7c;<italic>g</italic>&#x27e9; &#x2b; exp (<italic>i&#x3d5;</italic>)&#x2009;sin(<italic>&#x3b8;</italic>)&#x7c;<italic>e</italic>&#x27e9;] &#x2297;&#x7c;<italic>e</italic>&#x27e9; &#x2297;&#x7c;0&#x27e9; for different angles and phases in the range <italic>&#x3b8;</italic> &#x3d; (0, 2<italic>&#x3c0;</italic>) and <italic>&#x3d5;</italic> &#x3d; (0, 2<italic>&#x3c0;</italic>), and compared the result after applying the <bold>CZ</bold> gate. The comparison was carried out through the infidelity defined as <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m57">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m58">
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Tr</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is the fidelity between the quantum states <italic>&#x3c1;</italic> and <italic>&#x3c3;</italic>. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows the infidelity for those cases, demonstrating that the implementation of the controlled-phase gate using the reverse engineering method achieves good fidelity for a wide initial state preparation.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Infidelity <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m59">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> between the state obtained with the Schr&#xf6;dinger equation at time <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> and the state after applying the controlled-phase gate using the STA modulation. <bold>(B)</bold> Infidelity <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m60">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> between the state solution of the master equation at time <italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> and the state after the <bold>CZ</bold> gate using the STA modulation. The parameters are the same as those in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-02-1135816-g004.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Physical implementation</title>
<p>In this section, we discuss a possible experimental implementation for a single-mode resonator coupled to a pair of transmon circuits, as denoted in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. The single-mode resonator was an LC circuit with capacitance <italic>C</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> and inductance <italic>L</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>. Moreover, we modeled each transmon circuit (<xref ref-type="bibr" rid="B35">Koch et al., 2007</xref>) as a capacitor <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m63">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> parallel-connected to a Josephson junction with tunable energy <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m64">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; these subsystems were coupled through a SQUID. In this manner, we write the Lagrangian of the circuit in terms of the flux nodes of each device <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> related with the voltage drop across their respective branch <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m66">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> leading to<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m67">
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; <italic>&#x210f;</italic>/(2<italic>e</italic>) is the quantum magnetic flux and <italic>e</italic> is the electron charge. The canonical conjugate momenta are given by <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m68">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m69">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>We calculated the circuit Hamiltonian through the Legendre transformation <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m70">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, arriving at<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m71">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>The quantization of each degree of freedom was achieved by promoting the momentum (node charge) and the flux functions to quantum operators satisfying canonical commutation relations. For the transmon qubit, the charge is proportional to the number of Cooper-pairs on the superconducting island, i.e., <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m72">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and its conjugate variable corresponds to the superconducting phase drop <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m73">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> satisfying commutation relation <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. For the LC resonator, the quantized charge and phase operator satisfy <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. In this representation, we write the Hamiltonian as follows:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m76">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>Here, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m77">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m78">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> are the charge energy of the transmon and the resonator, respectively. Moreover, <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m79">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is the inductive energy of the oscillator. We then assumed that the SQUID works in the linear regime (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Leib and Hartmann, 2014</xref>), meaning that most of the current flows through the transmon. Hence, the resonator phase is well located, allowing expansion of potential energy up to its leading order in <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m80">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B38">Leib et al., 2012</xref>)<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m81">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>We expressed the oscillator in terms of the harmonic oscillator basis described by the operators<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m82">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>zpf</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>(25)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>zpf</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>which lead to the following Hamiltonian:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m83">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m84">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the total Josephson energy of the transmon circuit, <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m85">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the resonator frequency, and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m86">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>zpf</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the coupling strength between the <italic>&#x2113;</italic>th transmon circuit and the resonator. For the next analysis, it was convenient to divide the circuit Hamiltonian into three parts:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m87">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m88">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m89">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>corresponding to the transmon, resonator, and interaction terms.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Schematic illustration of the experimental proposal: two transmon circuits formed by a capacitor <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m61">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> parallel-connected to a tunable Josephson junction <italic>E</italic>
<sub>
<italic>J</italic>
</sub> (<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>) coupled to an LC resonator of capacitance <italic>C</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> &#x3d; 0.32&#xa0;pF and inductance <italic>L</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> &#x3d; 0.79&#xa0;nH <italic>via</italic> a SQUID threaded by an external magnetic flux <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>. We chose <italic>E</italic>
<sub>
<italic>J</italic>
</sub>/<italic>&#x210f;</italic> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic> &#xd7; 20&#xa0;GHz, <italic>E</italic>
<sub>
<italic>C</italic>
</sub> &#x3d; <italic>E</italic>
<sub>
<italic>J</italic>
</sub>/67, and <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m62">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-02-1135816-g005.tif"/>
</fig>
<p>To illustrate this in the two-level approximation of the transmon circuit, the two-level approximation <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m90">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> turns on a longitudinal oscillator&#x2013;qubit interaction of the form <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>
<italic>z</italic>
</sup>. In the transmon regime <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it is possible to neglect the charge term on Hamiltonian <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m92">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. In this approximation, we have that <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m93">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. For a single transmon, in the charge basis, we chose the states <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m94">
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m95">
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> as the computational basis of the transmon, which leads to:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m96">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m97">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>
<italic>x</italic>
</sup> &#x3d; &#x7c;<italic>e</italic>&#x27e9;&#x27e8;<italic>g</italic>&#x7c; &#x2b; &#x7c;<italic>g</italic>&#x27e9;&#x27e8;<italic>e</italic>&#x7c; corresponds to the <italic>x</italic>-component Pauli matrix, and <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m98">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the dressed coupling strength between the <italic>&#x2113;</italic>th transmon and the resonator. In the diagonal basis of the transmon, we obtained<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m99">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m100">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>where the qubit frequency is defined as <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m101">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> shows the coefficients <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m102">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Tr</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of both external magnetic fluxes <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> and <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, respectively. We observed that the only relevant contribution corresponds to the <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>
<italic>z</italic>
</sup> operator. Thus, our final Hamiltonian reads:<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m103">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>
<bold>(A&#x2013;C)</bold> Pauli matrix coefficient <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m104">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Tr</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the coupling operator as a function of the external magnetic fluxes <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub>. We performed the simulation choosing the parameters <italic>E</italic>
<sub>
<italic>J</italic>
</sub>/<italic>&#x210f;</italic> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic> &#xd7; 20&#xa0;GHz, <italic>E</italic>
<sub>
<italic>C</italic>
</sub> &#x3d; <italic>E</italic>
<sub>
<italic>J</italic>
</sub>/67, and <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m105">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, yielding <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic> &#xd7; 3.28&#xa0;GHz.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-02-1135816-g006.tif"/>
</fig>
<p>It is worth mentioning that it is possible to perform single qubit gates on this architecture just by choosing a value of the external magnetic flux <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>,<italic>&#x2113;</italic>
</sub> such that we switch off the interaction term between the resonator and the transmon circuits. On the other hand, the anharmonicity of the transmon circuit is proportional to its charge energy <italic>E</italic>
<sub>
<italic>C</italic>
</sub> &#x3d; 238&#xa0;MHz, which, for a typical transmon, could be small enough to consider the additional level. In our proposal, however, as the artificial atom is coupled longitudinally to the field mode, we may not expect either population leakage or transitions induced by them. We demonstrated calculation of the protocol to generate the <bold>CZ</bold> gate by including the third energy level, as depicted in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. As expected, we did not observe substantial modification to the system dynamics.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Population of the pair of three-level systems as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for different values of &#x398;<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>&#x2113;</italic>&#x2032;</sub> &#x3d; (0, <italic>&#x3c0;</italic>/8) for <bold>(A)</bold> trigonometric and <bold>(C)</bold> STA modulation. Population evolution of the resonator as a function of the normalized time <italic>t</italic>/<italic>t</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> for the <bold>(B)</bold> trigonometric and <bold>(D)</bold> STA modulation. The parameters are the same as those in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frqst-02-1135816-g007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s6">
<title>6 Conclusion</title>
<p>In summary, we have proposed a reverse-engineering method to modulate the longitudinal interaction between a pair of two-level systems with a cavity field to implement a controlled-phase gate using a pair of superconducting artificial atoms. We have constrained the modulation of the coupling strength to delete the unwanted terms appearing on the time-evolution operator, resulting in the two-qubit quantum gate that operates at 2 nanoseconds, which is within the current state-of-the-art in superconducting quantum circuits. The shorter generation time allows the gate to be insensitive to the unavoidable effects of the environment. The method can be extended to the fast control of multi-particle and other physical setups, such as trapped ions and quantum dots. The use of STA paves the way to implementation of faster and more resilient quantum gates by providing a key factor for quantum computation, quantum information processing, and quantum simulation.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusion of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>XC and FC-L developed the protocol; J-XL and FC-L performed the numerical simulations under supervision of XC. All authors wrote the manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Funding</title>
<p>This work was financially supported by NSFC (12075145), STCSM (Grant No. 2019SHZDZX01-ZX04), EU FET Open Grant EPIQUS (Grant No. 899368), the Basque Government through Grant No. IT1470-22, the project grant PID2021-126273NB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, &#x201c;ERDF A way of making Europe&#x201d; and &#x201c;ERDF Invest in your Future,&#x201d; and QUANTEK project (Grant No. KK-2021/00070).</p>
</sec>
<ack>
<p>FC-L thanks the German Ministry for Education and Research under QSolid, Grant No. 13N16149. XC thanks Ayudas para contratos Ram&#xf3;n y Cajal&#x2013;2015&#x2013;2020 (RYC-2017-22482).</p>
</ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<sec id="s12">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frqst.2023.1135816/full#supplementary-materia">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frqst.2023.1135816/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="Presentation1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alipour</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chenu</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rezakhani</surname>
<given-names>A. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>del Campo</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Shortcuts to adiabaticity in driven open quantum systems: Balanced gain and loss and non-markovian evolution</article-title>. <source>Quantum</source> <volume>4</volume>, <fpage>336</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.22331/q-2020-09-28-336</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arute</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arya</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Babbush</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bacon</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bardin</surname>
<given-names>J. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barends</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Quantum supremacy using a programmable superconducting processor</article-title>. <source>Nature</source> <volume>574</volume>, <fpage>505</fpage>&#x2013;<lpage>510</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41586-019-1666-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barends</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kelly</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Megrant</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sank</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jeffrey</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Coherent josephson qubit suitable for scalable quantum integrated circuits</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>111</volume>, <fpage>080502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.111.080502</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bialczak</surname>
<given-names>R. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ansmann</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hofheinz</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lucero</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Neeley</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>O&#x2019;Connell</surname>
<given-names>A. D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Quantum process tomography of a universal entangling gate implemented with josephson phase qubits</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>6</volume>, <fpage>409</fpage>&#x2013;<lpage>413</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys1639</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Blais</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gambetta</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wallraff</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schuster</surname>
<given-names>D. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Girvin</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Devoret</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Quantum-information processing with circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>75</volume>, <fpage>032329</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.75.032329</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Blais</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Girvin</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oliver</surname>
<given-names>W. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Quantum information processing and quantum optics with circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>16</volume>, <fpage>247</fpage>&#x2013;<lpage>256</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41567-020-0806-z</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Blais</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grimsmo</surname>
<given-names>A. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Girvin</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wallraff</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>93</volume>, <fpage>025005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.93.025005</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Blais</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wallraff</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Girvin</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schoelkopf</surname>
<given-names>R. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Cavity quantum electrodynamics for superconducting electrical circuits: An architecture for quantum computation</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>69</volume>, <fpage>062320</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.69.062320</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bouchiat</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vion</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Joyez</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Esteve</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Devoret</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Quantum coherence with a single cooper pair</article-title>. <source>Phys. Scr.</source> <volume>T76</volume>, <fpage>165</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1238/physica.topical.076a00165</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buluta</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nori</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Quantum simulators</article-title>. <source>Science</source> <volume>326</volume>, <fpage>108</fpage>&#x2013;<lpage>111</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1177838</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>&#x10c;ade&#x17e;</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jefferson</surname>
<given-names>J. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ram&#x161;ak</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Exact nonadiabatic holonomic transformations of spin-orbit qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>112</volume>, <fpage>150402</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.150402</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Campbell</surname>
<given-names>W. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mizrahi</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quraishi</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Senko</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hayes</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hucul</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Ultrafast gates for single atomic qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>105</volume>, <fpage>090502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.105.090502</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>C&#xe1;rdenas-L&#xf3;pez</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Shortcuts to adiabaticity for fast qubit readout in circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Phys. Rev. Appl.</source> <volume>18</volume>, <fpage>034010</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevApplied.18.034010</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Geometric phase gate based on both displacement operator and squeezed operators with a superconducting circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Commun. Theor. Phys.</source> <volume>56</volume>, <fpage>91</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0253-6102/56/1/17</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>R. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ban</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sherman</surname>
<given-names>E. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Inverse engineering for fast transport and spin control of spin-orbit-coupled bose-einstein condensates in moving harmonic traps</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>97</volume>, <fpage>013631</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.97.013631</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruschhaupt</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schmidt</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>del Campo</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gu&#xe9;ry-Odelin</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muga</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Fast optimal frictionless atom cooling in harmonic traps: Shortcut to adiabaticity</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>104</volume>, <fpage>063002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.104.063002</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chiorescu</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bertet</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Semba</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nakamura</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Harmans</surname>
<given-names>C. J. P. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mooij</surname>
<given-names>J. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Coherent dynamics of a flux qubit coupled to a harmonic oscillator</article-title>. <source>Nature</source> <volume>431</volume>, <fpage>159</fpage>&#x2013;<lpage>162</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature02831</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chow</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>C&#xf3;rcoles</surname>
<given-names>A. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gambetta</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rigetti</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>B. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smolin</surname>
<given-names>J. A.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Simple all-microwave entangling gate for fixed-frequency superconducting qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>107</volume>, <fpage>080502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.107.080502</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chow</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gambetta</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cross</surname>
<given-names>A. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Merkel</surname>
<given-names>S. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rigetti</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Steffen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Microwave-activated conditional-phase gate for superconducting qubits</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>15</volume>, <fpage>115012</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/15/11/115012</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Clarke</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wilhelm</surname>
<given-names>F. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Superconducting quantum bits</article-title>. <source>Nature</source> <volume>453</volume>, <fpage>1031</fpage>&#x2013;<lpage>1042</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature07128</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dann</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tobalina</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kosloff</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Shortcut to equilibration of an open quantum system</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>122</volume>, <fpage>250402</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.122.250402</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Devoret</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Martinis</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <source>Implementing qubits with superconducting integrated circuits</source>. <publisher-loc>Boston, MA</publisher-loc>: <publisher-name>Springer US</publisher-name>), <fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>203</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/0-387-27732-3_12</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Devoret</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schoelkopf</surname>
<given-names>R. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Superconducting circuits for quantum information: An outlook</article-title>. <source>Science</source> <volume>339</volume>, <fpage>1169</fpage>&#x2013;<lpage>1174</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1231930</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dewes</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ong</surname>
<given-names>F. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schmitt</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lauro</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boulant</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bertet</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Characterization of a two-transmon processor with individual single-shot qubit readout</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>108</volume>, <fpage>057002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.108.057002</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>DiCarlo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chow</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gambetta</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bishop</surname>
<given-names>L. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>B. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schuster</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Demonstration of two-qubit algorithms with a superconducting quantum processor</article-title>. <source>Nature</source> <volume>460</volume>, <fpage>240</fpage>&#x2013;<lpage>244</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature08121</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Didier</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bourassa</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blais</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Fast quantum nondemolition readout by parametric modulation of longitudinal qubit-oscillator interaction</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>115</volume>, <fpage>203601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.115.203601</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Garc&#xed;a-Ripoll</surname>
<given-names>J. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zoller</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cirac</surname>
<given-names>J. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Speed optimized two-qubit gates with laser coherent control techniques for ion trap quantum computing</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>91</volume>, <fpage>157901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.91.157901</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Georgescu</surname>
<given-names>I. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ashhab</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nori</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Quantum simulation</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>86</volume>, <fpage>153</fpage>&#x2013;<lpage>185</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.86.153</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>G&#xf6;ppl</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fragner</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baur</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bianchetti</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Filipp</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fink</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Coplanar waveguide resonators for circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>J. Appl. Phys.</source> <volume>104</volume>, <fpage>113904</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3010859</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gu&#xe9;ry-Odelin</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruschhaupt</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kiely</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torrontegui</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mart&#xed;nez-Garaot</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muga</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Shortcuts to adiabaticity: Concepts, methods, and applications</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>91</volume>, <fpage>045001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.91.045001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Houck</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>T&#xfc;reci</surname>
<given-names>H. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koch</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>On-chip quantum simulation with superconducting circuits</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>8</volume>, <fpage>292</fpage>&#x2013;<lpage>299</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys2251</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hua</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tao</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deng</surname>
<given-names>F. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Universal quantum gates on microwave photons assisted by circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>90</volume>, <fpage>012328</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.90.012328</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Itoh</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1974</year>). <article-title>Analysis of microstrip resonators</article-title>. <source>IEEE Trans. Microw. Theory Tech.</source> <volume>22</volume>, <fpage>946</fpage>&#x2013;<lpage>952</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tmtt.1974.1128390</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kjaergaard</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schwartz</surname>
<given-names>M. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Braum&#xfc;ller</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krantz</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J. I. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gustavsson</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Superconducting qubits: Current state of play</article-title>. <source>Annu. Rev. Condens. Matter Phys.</source> <volume>11</volume>, <fpage>369</fpage>&#x2013;<lpage>395</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev-conmatphys-031119-050605</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koch</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>T. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gambetta</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Houck</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schuster</surname>
<given-names>D. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Majer</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Charge-insensitive qubit design derived from the cooper pair box</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>76</volume>, <fpage>042319</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.76.042319</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kockum</surname>
<given-names>A. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nori</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <source>Quantum bits with Josephson junctions</source>. <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name>, <fpage>703</fpage>&#x2013;<lpage>741</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-030-20726-7_17</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Krantz</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kjaergaard</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Orlando</surname>
<given-names>T. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gustavsson</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oliver</surname>
<given-names>W. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A quantum engineer&#x2019;s guide to superconducting qubits</article-title>. <source>Appl. Phys. Rev.</source> <volume>6</volume>, <fpage>021318</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5089550</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Leib</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deppe</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marx</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hartmann</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Networks of nonlinear superconducting transmission line resonators</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>14</volume>, <fpage>075024</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/14/7/075024</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Leib</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hartmann</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Synchronized switching in a josephson junction crystal</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>112</volume>, <fpage>223603</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.223603</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Tunable coupler for realizing a controlled-phase gate with dynamically decoupled regime in a superconducting circuit</article-title>. <source>Phys. Rev. Appl.</source> <volume>14</volume>, <fpage>024070</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevApplied.14.024070</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Manucharyan</surname>
<given-names>V. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koch</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glazman</surname>
<given-names>L. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Devoret</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Fluxonium: Single cooper-pair circuit free of charge offsets</article-title>. <source>Science</source> <volume>326</volume>, <fpage>113</fpage>&#x2013;<lpage>116</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1175552</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Martinis</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Devoret</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Clarke</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Quantum josephson junction circuits and the dawn of artificial atoms</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>16</volume>, <fpage>234</fpage>&#x2013;<lpage>237</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41567-020-0829-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Martinis</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nam</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aumentado</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Urbina</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Rabi oscillations in a large josephson-junction qubit</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>89</volume>, <fpage>117901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.89.117901</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Milburn</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schneider</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>James</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Ion trap quantum computing with warm ions</article-title>. <source>Fortschritte der Physik Prog. Phys.</source> <volume>48</volume>, <fpage>801</fpage>&#x2013;<lpage>810</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/1521-3978(200009)48:9/11&#x3c;801:aid-prop801&#x3e;3.0.co;2-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Montanaro</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Quantum algorithms: An overview</article-title>. <source>npj Quantum Inf.</source> <volume>2</volume>, <fpage>15023</fpage>&#x2013;<lpage>15028</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/npjqi.2015.23</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mooij</surname>
<given-names>J. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Orlando</surname>
<given-names>T. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levitov</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>van der Wal</surname>
<given-names>C. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lloyd</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Josephson persistent-current qubit</article-title>. <source>Science</source> <volume>285</volume>, <fpage>1036</fpage>&#x2013;<lpage>1039</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.285.5430.1036</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nakamura</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pashkin</surname>
<given-names>Y. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsai</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Coherent control of macroscopic quantum states in a single-cooper-pair box</article-title>. <source>nature</source> <volume>398</volume>, <fpage>786</fpage>&#x2013;<lpage>788</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/19718</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nguyen</surname>
<given-names>L. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>Y. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Somoroff</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mencia</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grabon</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manucharyan</surname>
<given-names>V. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>High-coherence fluxonium qubit</article-title>. <source>Phys. Rev. X</source> <volume>9</volume>, <fpage>041041</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevX.9.041041</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Orlando</surname>
<given-names>T. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mooij</surname>
<given-names>J. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>van der Wal</surname>
<given-names>C. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Levitov</surname>
<given-names>L. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lloyd</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Superconducting persistent-current qubit</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>60</volume>, <fpage>15398</fpage>&#x2013;<lpage>15413</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.60.15398</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Paik</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mezzacapo</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sandberg</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>McClure</surname>
<given-names>D. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abdo</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>C&#xf3;rcoles</surname>
<given-names>A. D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Experimental demonstration of a resonator-induced phase gate in a multiqubit circuit-qed system</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>117</volume>, <fpage>250502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.117.250502</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Paraoanu</surname>
<given-names>G. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Microwave-induced coupling of superconducting qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>74</volume>, <fpage>140504</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.74.140504</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Richer</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>DiVincenzo</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Circuit design implementing longitudinal coupling: A scalable scheme for superconducting qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>93</volume>, <fpage>134501</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.93.134501</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rigetti</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Devoret</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Fully microwave-tunable universal gates in superconducting qubits with linear couplings and fixed transition frequencies</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>81</volume>, <fpage>134507</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.81.134507</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Romero</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ballester</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scarani</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Solano</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Ultrafast quantum gates in circuit qed</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>108</volume>, <fpage>120501</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.108.120501</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Saira</surname>
<given-names>O. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Groen</surname>
<given-names>J. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cramer</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meretska</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Lange</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>DiCarlo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Entanglement Genesis by ancilla-based parity measurement in 2d circuit qed</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>112</volume>, <fpage>070502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.070502</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schoelkopf</surname>
<given-names>R. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Girvin</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Wiring up quantum systems</article-title>. <source>Nature</source> <volume>451</volume>, <fpage>664</fpage>&#x2013;<lpage>669</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/451664a</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B57">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schreier</surname>
<given-names>J. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Houck</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koch</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schuster</surname>
<given-names>D. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>B. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chow</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Suppressing charge noise decoherence in superconducting charge qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>77</volume>, <fpage>180502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.77.180502</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B58">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schrieffer</surname>
<given-names>J. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wolff</surname>
<given-names>P. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1966</year>). <article-title>Relation between the anderson and kondo Hamiltonians</article-title>. <source>Phys. Rev.</source> <volume>149</volume>, <fpage>491</fpage>&#x2013;<lpage>492</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRev.149.491</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B59">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>S&#xf8;rensen</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xf8;lmer</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Entanglement and quantum computation with ions in thermal motion</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>62</volume>, <fpage>022311</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.62.022311</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B60">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Srinivasa</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Taylor</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tahan</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Entangling distant resonant exchange qubits via circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>94</volume>, <fpage>205421</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.94.205421</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B61">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Srinivasan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoffman</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gambetta</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Houck</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Tunable coupling in circuit quantum electrodynamics using a superconducting charge qubit with aV-shaped energy level diagram</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>106</volume>, <fpage>083601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.106.083601</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B62">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Strauch</surname>
<given-names>F. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>P. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dragt</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lobb</surname>
<given-names>C. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Anderson</surname>
<given-names>J. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wellstood</surname>
<given-names>F. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Quantum logic gates for coupled superconducting phase qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>91</volume>, <fpage>167005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.91.167005</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B63">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Theis</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Motzoi</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Machnes</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wilhelm</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Counteracting systems of diabaticities using drag controls: The status after 10 years (a)</article-title>. <source>EPL Europhys. Lett.</source> <volume>123</volume>, <fpage>60001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/0295-5075/123/60001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B64">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wallraff</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schuster</surname>
<given-names>D. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blais</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Frunzio</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Majer</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Strong coupling of a single photon to a superconducting qubit using circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Nature</source> <volume>431</volume>, <fpage>162</fpage>&#x2013;<lpage>167</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature02851</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B65">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wendin</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shumeiko</surname>
<given-names>V. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Superconducting quantum circuits, qubits and computing</article-title>. <pub-id pub-id-type="doi">10.48550/ARXIV.COND-MAT/0508729</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B66">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wootters</surname>
<given-names>W. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Entanglement of formation of an arbitrary state of two qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>80</volume>, <fpage>2245</fpage>&#x2013;<lpage>2248</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.80.2245</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B67">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bao</surname>
<given-names>W. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cao</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>M. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>127</volume>, <fpage>180501</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.127.180501</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B68">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xiong</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ficheux</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Somoroff</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nguyen</surname>
<given-names>L. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dogan</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rosenstock</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Arbitrary controlled-phase gate on fluxonium qubits using differential ac Stark shifts</article-title>. <source>Phys. Rev. Res.</source> <volume>4</volume>, <fpage>023040</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevResearch.4.023040</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B69">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yamamoto</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Neeley</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lucero</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bialczak</surname>
<given-names>R. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kelly</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lenander</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Quantum process tomography of two-qubit controlled-z and controlled-not gates using superconducting phase qubits</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>82</volume>, <fpage>184515</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.82.184515</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B70">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sung</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krantz</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamal</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>D. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yoder</surname>
<given-names>J. L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Engineering framework for optimizing superconducting qubit designs</article-title> (<year>2020</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.48550/ARXIV.2006.04130</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B71">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>C. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>n-qubit-controlled phase gate with superconducting quantum-interference devices coupled to a resonator</article-title>. <source>Phys. Rev. A</source> <volume>72</volume>, <fpage>032311</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.72.032311</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B72">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allcock</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dai</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Shortcuts to adiabaticity for open systems in circuit quantum electrodynamics</article-title>. <source>Nat. Commun.</source> <volume>13</volume>, <fpage>188</fpage>&#x2013;<lpage>197</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41467-021-27900-6</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B73">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>You</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nori</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Superconducting circuits and quantum information</article-title>. <comment>
<italic>arXiv preprint quant-ph/0601121</italic>
</comment>.</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>