論文の概要: Direct pulse-level compilation of arbitrary quantum logic gates on superconducting qutrits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.04261v3
• Date: Fri, 28 Jun 2024 16:14:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-01 22:29:40.801071
• Title: Direct pulse-level compilation of arbitrary quantum logic gates on superconducting qutrits
• Title（参考訳）: 超伝導量子ドット上の任意の量子論理ゲートの直接パルスレベルコンパイル
• Authors: Yujin Cho, Kristin M. Beck, Alessandro R. Castelli, Kyle A. Wendt, Bram Evert, Matthew J. Reagor, Jonathan L DuBois,
• Abstract要約: 任意のqubitおよびqutritゲートを高忠実度で実現でき、ゲート列の長さを大幅に削減できることを示す。 最適制御ゲートは少なくとも3時間ドリフトでき、同じ校正パラメータを全ての実装ゲートに利用できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.30869856057226
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Advanced simulations and calculations on quantum computers require high-fidelity implementations of quantum operations. The universal gateset approach builds complex unitaries from a small set of primitive gates, often resulting in a long gate sequence which is typically a leading factor in the total accumulated error. Compiling a complex unitary for processors with higher-dimensional logical elements, such as qutrits, exacerbates the accumulated error per unitary, since an even longer gate sequence is required. Optimal control methods promise time and resource efficient compact gate sequences and, therefore, higher fidelity. These methods generate pulses that can directly implement any complex unitary on a quantum device. In this work, we demonstrate any arbitrary qubit and qutrit gate can be realized with high-fidelity, which can significantly reduce the length of a gate sequence. We generate and test pulses for a large set of randomly selected arbitrary unitaries on several quantum processing units (QPUs): the LLNL Quantum Device and Integration Testbed (QuDIT) standard QPU and three of Rigetti QPUs: Ankaa-2, Ankaa-9Q-1, and Aspen-M-3. On the QuDIT platform's standard QPU, the average fidelity of random qutrit gates is 97.9+-0.5% measured with conventional QPT and 98.8+-0.6% from QPT with gate folding. Rigetti's Ankaa-2 achieves random qubit gates with an average fidelity of 98.4+-0.5% (conventional QPT) and 99.7+-0.1% (QPT with gate folding). On Ankaa-9Q-1 and Aspen-M-3, the average fidelities with conventional qubit QPT measurements were higher than 99%. We show that optimal control gates are robust to drift for at least three hours and that the same calibration parameters can be used for all implemented gates. Our work promises the calibration overheads for optimal control gates can be made small enough to enable efficient quantum circuits based on this technique.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータの高度なシミュレーションと計算は、量子演算の高忠実性実装を必要とする。 普遍ゲートセットアプローチは、小さなプリミティブゲートの集合から複雑なユニタリを構築するため、多くの場合、総累積誤差の主要因となる長いゲートシーケンスが生じる。 クエトリットのような高次元論理要素を持つプロセッサの複雑なユニタリをコンパイルすると、より長いゲートシーケンスを必要とするため、ユニタリ当たりの累積誤差が増大する。 最適制御法は時間と資源効率のよいコンパクトゲート列を約束する。 これらの方法は、量子デバイス上で任意の複雑なユニタリを直接実装できるパルスを生成する。 本研究では,任意のqubitおよびqutritゲートを高忠実度で実現でき,ゲート列の長さを大幅に削減できることを示す。 いくつかの量子処理ユニット(QPU)でランダムに選択された多数の任意ユニタリに対して、LLNL量子デバイスと統合テストベッド(QuDIT)標準QPUと3つのリゲッティQPU(Ankaa-2,Ankaa-9Q-1,Aspen-M-3)に対してパルスを生成し、テストする。 QuDITプラットフォームの標準QPUでは、従来のQPTでは97.9+-0.5%、QPTでは98.8+-0.6%、ゲートフォールディングでは98.8+-0.6%である。 リゲッティのAnkaa-2は、平均的忠実度98.4+-0.5%(従来のQPT)と99.7+-0.1%(QPTとゲート折りたたみ)のランダムなクビットゲートを達成している。 Ankaa-9Q-1およびAspen-M-3では,従来のQPT測定では99%以上であった。 最適制御ゲートは少なくとも3時間ドリフトでき、同じ校正パラメータを全ての実装ゲートに利用できることを示す。 我々の研究は、最適制御ゲートの校正オーバーヘッドを十分に小さくすることができ、この技術に基づいた効率的な量子回路を実現することを約束している。

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