論文の概要: Fast multi-qubit gates through simultaneous two-qubit gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.11358v1
• Date: Wed, 25 Aug 2021 17:24:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-17 05:24:09.824210
• Title: Fast multi-qubit gates through simultaneous two-qubit gates
• Title（参考訳）: 同時2量子ゲートによる高速マルチキュービットゲート
• Authors: Xiu Gu, Jorge Fern\'andez-Pend\'as, Pontus Vikst{\aa}l, Tahereh Abad, Christopher Warren, Andreas Bengtsson, Giovanna Tancredi, Vitaly Shumeiko, Jonas Bylander, G\"oran Johansson, Anton Frisk Kockum
• Abstract要約: 短期量子コンピュータは、量子ビットのデコヒーレンスによって制限され、受け入れられる忠実さを持つ低深度量子回路のみを実行することができる。 これらの制限を克服する一つの方法は、利用可能なゲートセットをシングルビットと2キュービットのゲートからマルチキュービットのゲートに拡張することである。 このようなマルチキュービットゲートは、複数の2キュービットゲートを同時に1つのキュービット群に適用することにより実現可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5949967357689445
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Near-term quantum computers are limited by the decoherence of qubits to only being able to run low-depth quantum circuits with acceptable fidelity. This severely restricts what quantum algorithms can be compiled and implemented on such devices. One way to overcome these limitations is to expand the available gate set from single- and two-qubit gates to multi-qubit gates, which entangle three or more qubits in a single step. Here, we show that such multi-qubit gates can be realized by the simultaneous application of multiple two-qubit gates to a group of qubits where at least one qubit is involved in two or more of the two-qubit gates. Multi-qubit gates implemented in this way are as fast as, or sometimes even faster than, the constituent two-qubit gates. Furthermore, these multi-qubit gates do not require any modification of the quantum processor, but are ready to be used in current quantum-computing platforms. We demonstrate this idea for two specific cases: simultaneous controlled-Z gates and simultaneous iSWAP gates. We show how the resulting multi-qubit gates relate to other well-known multi-qubit gates and demonstrate through numerical simulations that they would work well in available quantum hardware, reaching gate fidelities well above 99 %. We also present schemes for using these simultaneous two-qubit gates to swiftly create large entangled states like Dicke and Greenberg-Horne-Zeilinger states.
• Abstract（参考訳）: 短期量子コンピュータは、量子ビットのデコヒーレンスによって、低い深さの量子回路を許容される忠実度でしか実行できない。 これは、量子アルゴリズムがそのようなデバイス上でコンパイルおよび実装できることを厳しく制限する。 これらの制限を克服する一つの方法は、利用可能なゲートセットをシングルビットと2キュービットのゲートからマルチキュービットのゲートに拡張することである。 ここでは、複数の2量子ゲートの同時適用により、少なくとも1つのキュービットが2つ以上の2量子ゲートに関与しているキュービット群に対して、そのようなマルチキュービットゲートを実現することができることを示す。 この方法で実装されたマルチキュービットゲートは、構成する2キュービットゲートと同じくらい高速、時にはさらに高速である。 さらに、これらのマルチ量子ビットゲートは量子プロセッサの修正を必要としないが、現在の量子計算プラットフォームで使用可能である。 このアイデアは、同時制御Zゲートと同時iSWAPゲートの2つのケースで実証される。 得られたマルチキュービットゲートが他のよく知られたマルチキュービットゲートとどのように関連しているかを示し、数値シミュレーションを通してそれらが利用可能な量子ハードウェアでうまく機能し、99%以上のゲート忠実度に達することを実証する。 また、これらの2量子ゲートを同時に使用して、DickeやGreenberg-Horne-Zeilinger状態のような大きな絡み合った状態を迅速に生成するためのスキームも提示する。

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