論文の概要: Quantum dynamical maps for single-qubit gates under non-Markovian phase noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.14530v2
- Date: Tue, 19 Mar 2024 21:06:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-21 21:38:31.052996
- Title: Quantum dynamical maps for single-qubit gates under non-Markovian phase noise
- Title（参考訳）: 非マルコフ位相雑音下での単一量子ビットゲートの量子力学写像
- Authors: J. M. Sánchez Velázquez, A. Steiner, R. Freund, M. Guevara-Bertsch, Ch. D. Marciniak, T. Monz, A. Bermudez,
- Abstract要約: 量子デバイスにおけるノイズはユビキタスであり、精度が必要な設定では一般的に有害である。
ここでは、単一実験入力のみを必要とする単一キュービットゲートに対して、コンパクトな顕微鏡誤差モデルを導出する。
ランダム化ベンチマークを用いて測定し,量子プロセストモグラフィーを用いて再構成した平均ゲート誤差の実験的推定は,解析的推定値によって厳しく下界していることがわかった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Noise is both ubiquitous and generally deleterious in settings where precision is required. This is especially true in the quantum technology sector where system utility typically decays rapidly under its influence. Understanding the noise in quantum devices is thus a prerequisite for efficient strategies to mitigate or even eliminate its harmful effects. However, this requires resources that are often prohibitive, such that the typically-used noise models rely on simplifications that sometimes depart from experimental reality. Here we derive a compact microscopic error model for single-qubit gates that only requires a single experimental input -the noise power spectral density. Our model goes beyond standard depolarizing or Pauli-twirled noise models, explicitly including non-Clifford and non-Markovian contributions to the dynamical error map. We gauge our predictions for experimentally relevant metrics against established characterization techniques run on a trapped-ion quantum computer. In particular, we find that experimental estimates of average gate errors measured through randomized benchmarking and reconstructed via quantum process tomography are tightly lower-bounded by our analytical estimates, while the depolarizing model overestimates the gate error. Our noise modeling including non-Markovian contributions can be readily applied to established frameworks such as dynamical decoupling and dynamically-corrected gates, or to provide more realistic thresholds for quantum error correction.
- Abstract（参考訳）: ノイズはユビキタスで、精度が要求される環境では一般的に有害である。
これは、システムユーティリティがその影響下で急速に崩壊する量子技術分野において特に当てはまる。
したがって、量子デバイスにおけるノイズを理解することは、その有害な影響を軽減または排除するための効率的な戦略の前提となる。
しかし、これはしばしば禁止されるリソースを必要とするため、一般的に使用されるノイズモデルは、しばしば実験的な現実から逸脱する単純化に依存している。
ここでは、単一実験入力(ノイズパワースペクトル密度)のみを必要とする単一量子ゲートのコンパクトな顕微鏡誤差モデルを導出する。
我々のモデルは標準的な偏極化あるいはパウリ旋回ノイズモデルを超えており、非クリフォードおよび非マルコフの動的誤差写像への寄与を明示的に含んでいる。
我々は,トラップイオン量子コンピュータ上で動作している確立された特性評価技術に対して,実験的な指標の予測を行う。
特に,ランダム化ベンチマークを用いて測定し,量子プロセストモグラフィーを用いて再構成した平均ゲート誤差の実験的推定は,解析的推定により厳密に下界し,非分極モデルではゲート誤差を過大評価することがわかった。
非マルコフ的寄与を含むノイズモデリングは、動的デカップリングや動的修正ゲートなどの確立されたフレームワークや、量子誤り訂正のためのより現実的なしきい値を提供するために、容易に適用することができる。
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