論文の概要: Quantum circuits for exact unitary $t$-designs and applications to
higher-order randomized benchmarking
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.12617v3
- Date: Tue, 21 Sep 2021 23:29:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-09 22:58:43.211982
- Title: Quantum circuits for exact unitary $t$-designs and applications to
higher-order randomized benchmarking
- Title（参考訳）: 正確な単項$t$-designに対する量子回路と高次ランダム化ベンチマークへの応用
- Authors: Yoshifumi Nakata, Da Zhao, Takayuki Okuda, Eiichi Bannai, Yasunari
Suzuki, Shiro Tamiya, Kentaro Heya, Zhiguang Yan, Kun Zuo, Shuhei Tamate,
Yutaka Tabuchi, Yasunobu Nakamura
- Abstract要約: 我々は、任意の数の量子ビット上で任意の$t$に対して正確な単位の$t$-designsを生成する量子回路を初めて提供する。
1量子ビット系と2量子ビット系の2ドルRBは実現可能であることを数値的に示し、超伝導量子ビットの背景雑音を実験的に特徴づける。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.45823749779393547
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A unitary $t$-design is a powerful tool in quantum information science and
fundamental physics. Despite its usefulness, only approximate implementations
were known for general $t$. In this paper, we provide for the first time
quantum circuits that generate exact unitary $t$-designs for any $t$ on an
arbitrary number of qubits. Our construction is inductive and is of practical
use in small systems. We then introduce a $t$-th order generalization of
randomized benchmarking ($t$-RB) as an application of exact $2t$-designs. We
particularly study the $2$-RB in detail and show that it reveals
self-adjointness of quantum noise, a new metric related to the feasibility of
quantum error correction (QEC). We numerically demonstrate that the $2$-RB in
one- and two-qubit systems is feasible, and experimentally characterize
background noise of a superconducting qubit by the $2$-RB. It is shown from the
experiment that interactions with adjacent qubits induce the noise that may
result in an obstacle toward the realization of QEC.
- Abstract（参考訳）: 単位の$t$-designは量子情報科学と基礎物理学の強力なツールである。
その有用性にもかかわらず、近似実装のみが一般の$t$で知られていた。
本稿では、任意の数の量子ビット上で、任意の$t$に対して正確な$t$-designsを生成する量子回路を初めて提供する。
私たちの建設はインダクティブで、小さなシステムで実用的です。
次に、正確な2t$-designsの応用として、ランダム化ベンチマーク(t$-RB)の$t$-次一般化を導入する。
特に2$-RBを詳細に研究し、量子誤差補正(QEC)の実現性に関連する新しい指標である量子ノイズの自己共役性を明らかにする。
1量子ビット系と2量子ビット系の2ドル-RBは実現可能であることを数値的に示し、超伝導量子ビットの背景雑音を2ドル-RBで実験的に特徴づけた。
実験から、隣接する量子ビットとの相互作用はノイズを誘発し、QECの実現に障害をもたらす可能性が示されている。
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