論文の概要: Experimental Realization of Two Qutrits Gate with Tunable Coupling in Superconducting Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.11199v3
• Date: Mon, 6 Feb 2023 13:31:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-08 09:48:30.482169
• Title: Experimental Realization of Two Qutrits Gate with Tunable Coupling in Superconducting Circuits
• Title（参考訳）: 超伝導回路における可変結合を有する2つの水晶ゲートの実験的実現
• Authors: Kai Luo, Wenhui Huang, Ziyu Tao, Libo Zhang, Yuxuan Zhou, Ji Chu, Wuxin Liu, Biying Wang, Jiangyu Cui, Song Liu, Fei Yan, Man-Hong Yung, Yuanzhen Chen, Tongxing Yan, Dapeng Yu
• Abstract要約: ゲートベースの量子計算は量子ビットに基づく量子回路を用いて広範囲に研究されている。 量子計算における重要な要素の1つである2量子量子ゲートは、依然として大きな課題である。 超伝導量子回路における高効率でスケーラブルな2量子ゲートの提案と実証を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.881366909450376
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Gate-based quantum computation has been extensively investigated using quantum circuits based on qubits. In many cases, such qubits are actually made out of multilevel systems but with only two states being used for computational purpose. While such a strategy has the advantage of being in line with the common binary logic, it in some sense wastes the ready-for-use resources in the large Hilbert space of these intrinsic multi-dimensional systems. Quantum computation beyond qubits (e.g., using qutrits or qudits) has thus been discussed and argued to be more efficient than its qubit counterpart in certain scenarios. However, one of the essential elements for qutrit-based quantum computation, two-qutrit quantum gate, remains a major challenge. In this work, we propose and demonstrate a highly efficient and scalable two-qutrit quantum gate in superconducting quantum circuits. Using a tunable coupler to control the cross-Kerr coupling between two qutrits, our scheme realizes a two-qutrit conditional phase gate with fidelity 89.3% by combining simple pulses applied to the coupler with single-qutrit operations. We further use such a two-qutrit gate to prepare an EPR state of two qutrits with a fidelity of 95.5%. Our scheme takes advantage of a tunable qutrit-qutrit coupling with a large on:off ratio. It therefore offers both high efficiency and low cross talk between qutrits, thus being friendly for scaling up. Our work constitutes an important step towards scalable qutrit-based quantum computation.
• Abstract（参考訳）: ゲートベースの量子計算は量子ビットに基づく量子回路を用いて広く研究されている。 多くの場合、そのような量子ビットは実際にはマルチレベルシステムでできているが、計算目的に使用される状態は2つしかない。 そのような戦略は共通二項論理に沿うという利点があるが、ある意味ではこれらの固有多次元系のヒルベルト空間における準備可能な資源を無駄にする。 量子ビットを超えた量子計算(例: qutrits や qudits)は、特定のシナリオにおいて量子ビットよりも効率的であると論じられ、議論されてきた。 しかし、量子計算における重要な要素の1つとして、2量子量子ゲートがある。 本研究では,超伝導量子回路における高効率でスケーラブルな2量子ゲートを提案する。 2つのクトリット間のクロスカー結合を制御するために可変カプラを用いることで、単一クトリット演算でカプラに適用される単純なパルスを組み合わせることで、忠実性89.3%の2量子条件相ゲートを実現する。 さらに,この2つのクトリットゲートを用いて,95.5%の忠実度を持つ2つのクトリットのepr状態を作成する。 提案手法は,大きなオン:オフ比を持つ波長可変クトリット-クトリットカップリングを利用する。 したがって、クトリット間の高い効率性と低いクロストークの両方を提供し、スケールアップにフレンドリである。 我々の研究は、スケーラブルな量子量子計算への重要なステップを構成する。

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