論文の概要: High-fidelity three-qubit iToffoli gate for fixed-frequency superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.10288v3
• Date: Thu, 29 Jun 2023 23:54:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-03 16:08:46.830756
• Title: High-fidelity three-qubit iToffoli gate for fixed-frequency superconducting qubits
• Title（参考訳）: 固定周波数超伝導量子ビットのための高忠実3ビットiToffoliゲート
• Authors: Yosep Kim, Alexis Morvan, Long B. Nguyen, Ravi K. Naik, Christian J\"unger, Larry Chen, John Mark Kreikebaum, David I. Santiago, Irfan Siddiqi
• Abstract要約: 本稿では,2量子相互作用,いわゆるクロス共振効果に基づく高忠実iToffoliゲートを提案する。 iToffoliゲートは3量子ビットの線形鎖にマイクロ波パルスを同時に印加し、98.26(2)%のプロセス忠実度を示す。 我々は,トフォリゲートやiToffoliゲートよりも効率的なゲート合成を実現する3ビットゲートを新たに生成できることを数値的に示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The development of noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices has extended the scope of executable quantum circuits with high-fidelity single- and two-qubit gates. Equipping NISQ devices with three-qubit gates will enable the realization of more complex quantum algorithms and efficient quantum error correction protocols with reduced circuit depth. Several three-qubit gates have been implemented for superconducting qubits, but their use in gate synthesis has been limited due to their low fidelity. Here, using fixed-frequency superconducting qubits, we demonstrate a high-fidelity iToffoli gate based on two-qubit interactions, the so-called cross-resonance effect. As with the Toffoli gate, this three-qubit gate can be used to perform universal quantum computation. The iToffoli gate is implemented by simultaneously applying microwave pulses to a linear chain of three qubits, revealing a process fidelity as high as 98.26(2)%. Moreover, we numerically show that our gate scheme can produce additional three-qubit gates which provide more efficient gate synthesis than the Toffoli and iToffoli gates. Our work not only brings a high-fidelity iToffoli gate to current superconducting quantum processors but also opens a pathway for developing multi-qubit gates based on two-qubit interactions.
• Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間規模量子(NISQ)デバイスの開発により、高忠実度単一および2ビットゲートを持つ実行可能な量子回路の範囲が拡張された。 NISQデバイスを3ビットゲートで取得することで、より複雑な量子アルゴリズムと回路深度を低減した効率的な量子誤り訂正プロトコルの実現が可能になる。 超伝導量子ビットのためにいくつかの3量子ビットゲートが実装されているが、ゲート合成における使用は低忠実性のため制限されている。 ここでは、固定周波数超伝導量子ビットを用いて、2量子相互作用、いわゆるクロス共鳴効果に基づく高忠実iToffoliゲートを示す。 toffoliゲートと同様に、この3量子ビットゲートは普遍量子計算の実行に使うことができる。 iToffoliゲートは3量子ビットの線形鎖にマイクロ波パルスを同時に印加し、98.26(2)%のプロセス忠実度を示す。 さらに,我々はトフォリゲートやiToffoliゲートよりも効率的なゲート合成を実現する3ビットゲートを新たに作成できることを数値的に示す。 我々の研究は、現在の超伝導量子プロセッサに高忠実なiToffoliゲートをもたらすだけでなく、2量子ビット相互作用に基づくマルチキュービットゲートを開発するための経路を開く。

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