論文の概要: A universal quantum gate set for transmon qubits with strong ZZ interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.12305v1
• Date: Tue, 23 Mar 2021 04:46:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-07 02:24:34.540908
• Title: A universal quantum gate set for transmon qubits with strong ZZ interactions
• Title（参考訳）: 強いZZ相互作用を持つトランモン量子ビットに対する普遍量子ゲート集合
• Authors: Junling Long, Tongyu Zhao, Mustafa Bal, Ruichen Zhao, George S. Barron, Hsiang-sheng Ku, Joel A. Howard, Xian Wu, Corey Rae H. McRae, Xiu-Hao Deng, Guilhem J. Ribeill, Meenakshi Singh, Thomas A. Ohki, Edwin Barnes, Sophia E. Economou and David P. Pappas
• Abstract要約: 高忠実度単一および2量子ビットゲートは、フォールトトレラント量子コンピュータにとって必須のビルディングブロックである。 1つの制限因子は残留ZZ-相互作用であり、これは計算状態と高エネルギー状態のカップリングに由来する。 実験により,高速なシングルビットおよび2ビットのエンタングゲートの普遍的なセットを生成するために利用できることを実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.56373732567445
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High-fidelity single- and two-qubit gates are essential building blocks for a fault-tolerant quantum computer. While there has been much progress in suppressing single-qubit gate errors in superconducting qubit systems, two-qubit gates still suffer from error rates that are orders of magnitude higher. One limiting factor is the residual ZZ-interaction, which originates from a coupling between computational states and higher-energy states. While this interaction is usually viewed as a nuisance, here we experimentally demonstrate that it can be exploited to produce a universal set of fast single- and two-qubit entangling gates in a coupled transmon qubit system. To implement arbitrary single-qubit rotations, we design a new protocol called the two-axis gate that is based on a three-part composite pulse. It rotates a single qubit independently of the state of the other qubit despite the strong ZZ-coupling. We achieve single-qubit gate fidelities as high as 99.1% from randomized benchmarking measurements. We then demonstrate both a CZ gate and a CNOT gate. Because the system has a strong ZZ-interaction, a CZ gate can be achieved by letting the system freely evolve for a gate time $t_g=53.8$ ns. To design the CNOT gate, we utilize an analytical microwave pulse shape based on the SWIPHT protocol for realizing fast, low-leakage gates. We obtain fidelities of 94.6% and 97.8% for the CNOT and CZ gates respectively from quantum progress tomography.
• Abstract（参考訳）: 高忠実度単一および2量子ビットゲートは、フォールトトレラント量子コンピュータにとって必須のビルディングブロックである。 超伝導量子ビットシステムでは単一量子ビットゲートエラーの抑制に多くの進展があったが、2量子ビットゲートは依然として桁違いに高いエラーレートに苦しんでいる。 1つの制限因子は残差zz相互作用であり、計算状態と高エネルギー状態の結合に由来する。 通常、この相互作用は迷惑と見なされるが、ここでは、結合したトランスモンキュービットシステムにおいて、高速で単一で2キュービットのゲートが絡み合う普遍的な集合を作ることができることを実験的に証明する。 任意の単一ビット回転を実現するために,三部複合パルスに基づく2軸ゲートと呼ばれる新しいプロトコルを設計する。 強いzz結合にもかかわらず、他のキュービットの状態とは独立に単一のキュービットを回転させる。 ランダムなベンチマーク測定により,単一量子ゲートの忠実度を99.1%まで向上させる。 次に、CZゲートとCNOTゲートの両方を示します。 システムはZZ相互作用が強いため、CZゲートはゲート時間$t_g=53.8$ nsで自由に進化させることができる。 CNOTゲートの設計には、SWIPHTプロトコルに基づくマイクロ波パルス形状解析を用い、高速で低遅延なゲートを実現する。 量子プログレッシブトモグラフィにより,cnotゲートとczゲートそれぞれ94.6%と97.8%のフィダリティを得た。

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