論文の概要: First-principles analysis of cross-resonance gate operation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2005.00133v2
• Date: Tue, 5 May 2020 04:47:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-21 16:56:15.460061
• Title: First-principles analysis of cross-resonance gate operation
• Title（参考訳）: クロス共振ゲート動作の第一原理解析
• Authors: Moein Malekakhlagh and Easwar Magesan and David C. McKay
• Abstract要約: 本稿では,ゲートパラメータとゲート誤差の推定値をカバーするクロス共振ゲート動作に関する理論的研究を行う。 また、スペクトル量子ビットとマルチキュービット周波数衝突を解析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.25782420501870296
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present a comprehensive theoretical study of the cross-resonance gate operation covering estimates for gate parameters and gate error as well as analyzing spectator qubits and multi-qubit frequency collisions. We start by revisiting the derivation of effective Hamiltonian models following Magesan et al. (arXiv:1804.04073). Transmon qubits are commonly modeled as a weakly anharmonic Kerr oscillator. Kerr theory only accounts for qubit frequency renormalization, while adopting number states as the eigenstates of the bare qubit Hamiltonian. Starting from the Josephson nonlinearity and by accounting for the eigenstates renormalization, due to counter-rotating terms, we derive a new starting model for the cross-resonance gate with modified qubit-qubit interaction and drive matrix elements. Employing time-dependent Schrieffer-Wolff perturbation theory, we derive an effective Hamiltonian for the cross-resonance gate with estimates for the gate parameters calculated up to the fourth order in drive amplitude. The new model with renormalized eigenstates lead to 10-15 percent relative correction of the effective gate parameters compared to Kerr theory. We find that gate operation is strongly dependent on the ratio of qubit-qubit detuning and anharmonicity. In particular, we characterize five distinct regions of operation, and propose candidate parameter choices for achieving high gate speed and low coherent gate error when the cross-resonance tone is equipped with an echo pulse sequence. Furthermore, we generalize our method to include a third spectator qubit and characterize possible detrimental multi-qubit frequency collisions.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,ゲートパラメータとゲート誤差の推定を網羅するクロス共振ゲート動作に関する包括的な理論的研究と,オブザーバ量子ビットとマルチキュービット周波数衝突の解析について述べる。 我々は、Magesan et al. (arXiv:1804.04073) に続く実効的ハミルトンモデルの導出を再考することから始める。 トランモン量子ビットは通常、弱い無調波カー振動子としてモデル化される。 カー理論は、素量子ハミルトニアンの固有状態として数状態を採用する一方で、キュービット周波数再正規化のみを説明できる。 ジョセフソンの非線形性から始め、固有状態の正規化を考慮し、逆回転項により、量子ビット相互作用を改良し、行列要素を駆動する交叉共振ゲートの新しい開始モデルを導出する。 時間依存シュリーファー・ウルフ摂動理論を用いて, 同期ゲートに対する有効ハミルトニアンを導出し, 駆動振幅の4次までのゲートパラメータを推定する。 再正規化固有状態を持つ新しいモデルは、カー理論と比較して有効ゲートパラメータの10～15%の相対補正をもたらす。 ゲート操作はqubit-qubitデチューニングとアンハーモニティの比に強く依存している。 特に,5つの異なる動作領域を特徴付けるとともに,クロス共振音にエコーパルスシーケンスを付加した場合に,高ゲート速度と低コヒーレントゲート誤差を実現するための候補パラメータ選択を提案する。 さらに,本手法は,第3のオブザーバキュービットを含むように一般化し,有害なマルチキュービット周波数衝突を特徴付ける。

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