論文の概要: Universal qudit gate synthesis for transmons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.04496v2
• Date: Thu, 31 Aug 2023 08:48:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-01 21:10:14.688084
• Title: Universal qudit gate synthesis for transmons
• Title（参考訳）: トランスモンの普遍quditゲート合成
• Authors: Laurin E. Fischer, Alessandro Chiesa, Francesco Tacchino, Daniel J. Egger, Stefano Carretta, Ivano Tavernelli
• Abstract要約: 超伝導量子プロセッサを設計する。 本稿では,2量子共振共振ゲートを備えたユニバーサルゲートセットを提案する。 ノイズの多い量子ハードウェアのための$rm SU(16)$ゲートの合成を数値的に実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.22241766275732
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Gate-based quantum computers typically encode and process information in two-dimensional units called qubits. Using $d$-dimensional qudits instead may offer intrinsic advantages, including more efficient circuit synthesis, problem-tailored encodings and embedded error correction. In this work, we design a superconducting qudit-based quantum processor wherein the logical space of transmon qubits is extended to higher-excited levels. We propose a universal gate set featuring a two-qudit cross-resonance entangling gate, for which we predict fidelities beyond $99\%$ in the $d=4$ case of ququarts with realistic experimental parameters. Furthermore, we present a decomposition routine that compiles general qudit unitaries into these elementary gates, requiring fewer entangling gates than qubit alternatives. As proof-of-concept applications, we numerically demonstrate the synthesis of ${\rm SU}(16)$ gates for noisy quantum hardware and an embedded error correction sequence that encodes a qubit memory in a transmon ququart to protect against pure dephasing noise. We conclude that universal qudit control -- a valuable extension to the operational toolbox of superconducting quantum information processing -- is within reach of current transmon-based architectures and has applications to near-term and long-term hardware.
• Abstract（参考訳）: ゲートベースの量子コンピュータは通常、情報を量子ビットと呼ばれる2次元単位にエンコードし処理する。 代わりに$d$-dimensional quditsを使用することで、より効率的な回路合成、問題調整エンコーディング、組込み誤り訂正などの本質的な利点が得られる。 本研究では,トランスモン量子ビットの論理空間を高励起レベルに拡張した超伝導量子プロセッサを設計する。 本稿では,2量子共振共振ゲートを特徴とする普遍ゲートセットを提案し,実測実験パラメータを持つクォートの$d=4$の場合において,99\%以上の忠実度を予測できる。 さらに,一般的なquditユニタリをこれらの基本ゲートにコンパイルする分解ルーチンを提示する。 概念実証法として、ノイズの多い量子ハードウェアのための${\rm SU}(16)$ゲートと、純粋なデフォーカスノイズから保護するためにトランスモンクォートの量子ビットメモリを符号化する組込み誤り訂正シーケンスを数値的に示す。 超伝導量子情報処理の運用ツールボックスの貴重な拡張であるuniversal qudit controlは、現在のtransmonベースのアーキテクチャの範囲内にあり、短期および長期のハードウェアに応用できる。

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