論文の概要: Competition of decoherence and quantum speed limits for quantum-gate
fidelity in the Jaynes-Cummings model
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.05019v3
- Date: Tue, 5 Mar 2024 18:01:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-07 03:37:22.891752
- Title: Competition of decoherence and quantum speed limits for quantum-gate
fidelity in the Jaynes-Cummings model
- Title（参考訳）: Jaynes-Cummingsモデルにおける量子ゲート忠実度に対するデコヒーレンスと量子速度制限の競合
- Authors: Sagar Silva Pratapsi, Lorenzo Buffoni, Stefano Gherardini
- Abstract要約: エンタングルメントによって引き起こされる誤差は、駆動のエネルギーと逆向きにスケールすることを示す。
また、選択された忠実度で与えられた目標状態を達成するためには、論理量子ビットの単一駆動的進化をエネルギー的により効率的に行うことが証明される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2891210250935148
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computers are operated by external driving fields, such as lasers,
microwaves or transmission lines, that execute logical operations on
multi-qubit registers, leaving the system in a pure state. However, the drive
and the logical system might become correlated in such a way that, after
tracing out the degrees of freedom of the driving field, the output state will
not be pure. Previous works have pointed out that the resulting error scales
inversely with the energy of the drive, thus imposing a limit on the
energy-efficiency of quantum computing. In this study, focusing on the
Jaynes-Cummings model, we show how the same scaling can be seen as a
consequence of two competing phenomena: the entanglement-induced error, which
grows with time, and a minimal time for computation imposed by quantum speed
limits. This evidence is made possible by quantifying, at any time, the
computation error via the spectral radius associated to the density operator of
the logical qubit. Moreover, we also prove that, in order to attain a given
target state at a chosen fidelity, it is energetically more efficient to
perform a single driven evolution of the logical qubits rather than to split
the computation in sub-routines, each operated by a dedicated pulse.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、レーザー、マイクロ波、伝送線などの外部の駆動フィールドで動作し、マルチビットレジスタ上で論理演算を実行し、システムを純粋な状態にしておく。
しかし、駆動と論理系は、駆動場の自由度を追跡した後、出力状態が純粋でないような方法で相関する可能性がある。
以前の研究では、結果の誤差はドライブのエネルギーと逆向きにスケールし、量子コンピューティングのエネルギー効率に制限を課すことが指摘されている。
本研究では,Jaynes-Cummingsモデルに着目し,時間とともに増大する絡み合いによる誤差と,量子速度制限による計算の最小時間という,競合する2つの現象の結果として,同じスケーリングを見ることができることを示す。
この証明は、いつでも論理キュービットの密度演算子に関連するスペクトル半径による計算誤差を定量化することによって可能となる。
さらに,選択された忠実度で与えられた目標状態を達成するためには,演算を専用パルスで操作するサブルーチンに分割するよりも,論理量子ビットの単一の駆動進化を行う方が精力的に効率的であることを証明した。
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