論文の概要: Compressed gate characterization for quantum devices with
time-correlated noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14432v2
- Date: Fri, 22 Dec 2023 18:04:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-25 18:34:18.880726
- Title: Compressed gate characterization for quantum devices with
time-correlated noise
- Title（参考訳）: 時間相関ノイズを有する量子デバイスの圧縮ゲート特性評価
- Authors: M. J. Gullans, M. Caranti, A. R. Mills, and J. R. Petta
- Abstract要約: 本稿では,時間関連ノイズの存在下での量子プロセストモグラフィ(QPT)の一般的な枠組みについて述べる。
本手法の適用例として,シリコンスピン量子ビットの比較理論的および実験的解析を行った。
理論的に予測されたプロセスの忠実度と2つのqubitインターリーブされたランダム化されたベンチマークの忠実度との間には、最近のシリコンスピン量子ビットに関する実験で測定された99.8%の一致が得られた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: As quantum devices make steady progress towards intermediate scale and
fault-tolerant quantum computing, it is essential to develop rigorous and
efficient measurement protocols that account for known sources of noise. Most
existing quantum characterization protocols such as gate set tomography and
randomized benchmarking assume the noise acting on the qubits is Markovian.
However, this assumption is often not valid, as for the case of 1/f charge
noise or hyperfine nuclear spin noise. Here, we present a general framework for
quantum process tomography (QPT) in the presence of time-correlated noise. We
further introduce fidelity benchmarks that quantify the relative strength of
different sources of Markovian and non-Markovian noise. As an application of
our method, we perform a comparative theoretical and experimental analysis of
silicon spin qubits. We first develop a detailed noise model that accounts for
the dominant sources of noise and validate the model against experimental data.
Applying our framework for time-correlated QPT, we find that the number of
independent parameters needed to characterize one and two-qubit gates can be
compressed by 10x and 100x, respectively, when compared to the fully generic
case. These compressions reduce the amount of tomographic measurements needed
in experiment, while also significantly speeding up numerical simulations of
noisy quantum circuit dynamics compared to time-dependent Hamiltonian
simulation. Using this compressed noise model, we find good agreement between
our theoretically predicted process fidelities and two qubit interleaved
randomized benchmarking fidelities of 99.8% measured in recent experiments on
silicon spin qubits. More broadly, our formalism can be directly extended to
develop efficient and scalable tuning protocols for high-fidelity control of
large-arrays of quantum devices with non-Markovian noise.
- Abstract（参考訳）: 量子デバイスは、中間スケールとフォールトトレラントな量子コンピューティングに向けて着実に進歩するので、既知のノイズ源を説明する厳密で効率的な測定プロトコルを開発することが不可欠である。
ゲートセットトモグラフィやランダム化ベンチマークのような既存の量子特徴づけプロトコルの多くは、量子ビットに作用するノイズがマルコビアンであると仮定する。
しかし、1/fの電荷ノイズや超微細核スピンノイズの場合のように、この仮定はしばしば有効ではない。
本稿では,時間関連ノイズの存在下での量子プロセストモグラフィ(QPT)の一般的な枠組みについて述べる。
さらに,マルコフ音源と非マルコフノイズの相対強度を定量化する忠実度ベンチマークも導入する。
本手法の適用例として,シリコンスピン量子ビットの比較理論的および実験的解析を行った。
まず, 支配的雑音源を考慮した詳細なノイズモデルを開発し, 実験データに対する評価を行った。
時間関連QPTの枠組みを適用すると、完全汎用の場合と比較して、1と2のキュービットゲートを特徴付けるのに必要な独立パラメータの数を10倍、100倍圧縮できることがわかった。
これらの圧縮は実験に必要なトモグラフィ測定量を減少させると同時に、時間依存のハミルトニアンシミュレーションと比較してノイズ量子回路ダイナミクスの数値シミュレーションを著しく高速化する。
この圧縮雑音モデルを用いて, シリコンスピン量子ビットに関する最近の実験において, 理論的に予測されたプロセスフィデリティと2つの量子ビット間ランダム化ベンチマークフィデリティの99.8%との一致が確認された。
より広範に、我々のフォーマリズムは直接拡張することができ、非マルコフノイズを持つ大規模量子デバイスの高忠実性制御のための効率的でスケーラブルなチューニングプロトコルを開発することができる。
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