論文の概要: Quantum crosstalk analysis for simultaneous gate operations on superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.12570v4
• Date: Tue, 8 Feb 2022 07:39:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-10 08:09:32.925942
• Title: Quantum crosstalk analysis for simultaneous gate operations on superconducting qubits
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビット上の同時ゲート動作のための量子クロストーク解析
• Authors: Peng Zhao, Kehuan Linghu, Zhiyuan Li, Peng Xu, Ruixia Wang, Guangming Xue, Yirong Jin, and Haifeng Yu
• Abstract要約: 量子クロストークがキュービットアーキテクチャにおける同時ゲート操作に与える影響について検討する。 マイクロ波駆動の単一量子ゲートでは、量子ビット結合によるドレッシングが非無視のクロスドライブエラーを引き起こす可能性がある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.776712619117092
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Maintaining or even improving gate performance with growing numbers of parallel controlled qubits is a vital requirement for fault-tolerant quantum computing. For superconducting quantum processors, though isolated one- or two-qubit gates have been demonstrated with high-fidelity, implementing these gates in parallel commonly shows worse performance. Generally, this degradation is attributed to various crosstalks between qubits, such as quantum crosstalk due to residual inter-qubit coupling. An understanding of the exact nature of these crosstalks is critical to figuring out respective mitigation schemes and improved qubit architecture designs with low crosstalk. Here we give a theoretical analysis of quantum crosstalk impact on simultaneous gate operations in a qubit architecture, where fixed-frequency transmon qubits are coupled via a tunable bus, and sub-100-ns controlled-Z (CZ) gates can be realized by applying a baseband flux pulse on the bus. Our analysis shows that for microwave-driven single-qubit gates, the dressing from the qubit-qubit coupling can cause non-negligible cross-driving errors when qubits operate near frequency collision regions. During CZ gate operations, although unwanted near-neighbor interactions are nominally turned off, sub-MHz parasitic next-near-neighbor interactions involving spectator qubits can still exist, causing considerable leakage or control error when one operates qubit systems around these parasitic resonance points. To ensure high-fidelity simultaneous operations, there could raise a request to figure out a better way to balance the gate error from target qubit systems themselves and the error from non-participating spectator qubits. Overall, our analysis suggests that towards useful quantum processors, the qubit architecture should be examined carefully in the context of high-fidelity simultaneous gate operations in a scalable qubit lattice.
• Abstract（参考訳）: 並列制御量子ビット数の増加によるゲート性能の維持や改善は、フォールトトレラントな量子コンピューティングにとって不可欠な要件である。 超伝導量子プロセッサでは、孤立した1量子または2量子ビットゲートは高い忠実度で証明されているが、これらのゲートを並列に実装することは一般的に性能を低下させる。 一般に、この分解は量子ビット間カップリングの残留による量子クロストークのような量子ビット間の様々なクロストークに起因する。 これらのクロストークの正確な性質を理解することは、それぞれの緩和スキームや低クロストークによるクビットアーキテクチャ設計を改善する上で重要である。 ここでは、固定周波数トランスモン量子ビットが可変バスを介して結合されるキュービットアーキテクチャにおいて、同時ゲート操作に対する量子クロストークの影響を理論的に解析し、バスにベースバンドフラックスパルスを適用することでサブ100−ns制御z(cz)ゲートを実現する。 マイクロ波駆動単一量子ゲートの場合, 量子ビット結合によるドレッシングは, 量子ビットが周波数衝突領域付近で動作した場合, 非無視のクロスドライブエラーを引き起こす可能性がある。 czゲート操作の間、望ましくない近接-neighbor相互作用は名目上オフであるが、スペクトレーター量子ビットを含むサブmhzの寄生次-near-neighbor相互作用は依然として存在し、寄生共振点の周りでqubitシステムを操作する際にかなりのリークまたは制御エラーを引き起こす。 高忠実な同時操作を保証するために、ターゲットのqubitシステム自体からのゲートエラーと、非参加のspectator qubitsからのエラーのバランスを取るためのより良い方法を見つけるための要求を提起することができる。 解析結果から,量子プロセッサに向け,スケーラブルな量子ビット格子における高忠実度同時ゲート操作の文脈において,量子ビットアーキテクチャを慎重に検討すべきであることが示唆された。

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