論文の概要: Programmable Heisenberg interactions between Floquet qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.10383v1
• Date: Fri, 18 Nov 2022 17:25:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-18 04:25:41.083345
• Title: Programmable Heisenberg interactions between Floquet qubits
• Title（参考訳）: フロケット量子ビット間のプログラム可能なハイゼンベルク相互作用
• Authors: Long B. Nguyen, Yosep Kim, Akel Hashim, Noah Goss, Brian Marinelli, Bibek Bhandari, Debmalya Das, Ravi K. Naik, John Mark Kreikebaum, Andrew N. Jordan, David I. Santiago, Irfan Siddiqi
• Abstract要約: 固定周波数超伝導回路をFloquet量子ビットに変換する方法を示す。 この相互作用モデルはスピン系の多体量子シミュレーションの基礎であり、一方、表現力のある量子ゲート集合のプリミティブである。 我々の研究は、将来の量子電磁力学の探索とFloquetフレームワークを用いた最適制御のための魅力的な道を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The fundamental trade-off between robustness and tunability is a central challenge in the pursuit of quantum simulation and fault-tolerant quantum computation. In particular, many emerging quantum architectures are designed to achieve high coherence at the expense of having fixed spectra and consequently limited types of controllable interactions. Here, by adiabatically transforming fixed-frequency superconducting circuits into modifiable Floquet qubits, we demonstrate an XXZ Heisenberg interaction with fully adjustable anisotropy. This interaction model is on one hand the basis for many-body quantum simulation of spin systems, and on the other hand the primitive for an expressive quantum gate set. To illustrate the robustness and versatility of our Floquet protocol, we tailor the Heisenberg Hamiltonian and implement two-qubit iSWAP, CZ, and SWAP gates with estimated fidelities of 99.32(3)%, 99.72(2)%, and 98.93(5)%, respectively. In addition, we implement a Heisenberg interaction between higher energy levels and employ it to construct a three-qubit CCZ gate with a fidelity of 96.18(5)%. Importantly, the protocol is applicable to various fixed-frequency high-coherence platforms, thereby unlocking a suite of essential interactions for high-performance quantum information processing. From a broader perspective, our work provides compelling avenues for future exploration of quantum electrodynamics and optimal control using the Floquet framework.
• Abstract（参考訳）: 堅牢性とチューナビリティの基本的なトレードオフは、量子シミュレーションとフォールトトレラント量子計算の追求における中心的な課題である。 特に、多くの新興量子アーキテクチャは、固定スペクトルと結果として制限された制御可能な相互作用を犠牲にして高いコヒーレンスを達成するように設計されている。 ここで、不定周波超伝導回路を修正可能なフロッケ量子ビットに変換することで、完全に調整可能な異方性を持つxxzハイゼンベルク相互作用を示す。 この相互作用モデルはスピン系の多体量子シミュレーションの基礎であり、一方、表現力のある量子ゲート集合のプリミティブである。 Floquetプロトコルの堅牢性と汎用性を説明するため,Heisenberg Hamiltonianを調整し,それぞれ99.32(3)%,99.72(2)%,98.93(5)%と推定される2量子iSWAP,CZ,SWAPゲートを実装した。 さらに,高エネルギーレベル間のハイゼンベルク相互作用を実装し,96.18(5)%の忠実度を持つ3量子cczゲートを構築する。 重要なことに、このプロトコルは様々な固定周波数の高コヒーレンスプラットフォームに適用できるため、高性能な量子情報処理のための重要な相互作用のスイートがアンロックされる。 より広い視点から見ると、我々の研究は将来の量子電磁力学の探索とFloquetフレームワークを用いた最適制御のための魅力的な道を提供する。

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