論文の概要: Optimal control in large open quantum systems: the case of transmon readout and reset

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.14765v3
• Date: Thu, 20 Feb 2025 18:00:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-21 14:25:14.003079
• Title: Optimal control in large open quantum systems: the case of transmon readout and reset
• Title（参考訳）: 大規模オープン量子系における最適制御--トランモン読み出しとリセットの場合
• Authors: Ronan Gautier, Élie Genois, Alexandre Blais,
• Abstract要約: 本稿では, 随伴状態法と逆時間バックプロパゲーションを組み合わせることで, 極めて大規模なオープンシステム量子制御問題を解く枠組みを提案する。 超伝導量子ビットにおける2つの本質的に散逸する演算を最適化するために、この枠組みを適用した。 提案手法は, 標準パルスがほぼ最適であるのに対して, プロトコル中にトランスモンドライブを付加することで, 忠実度と持続時間の2倍向上が期待できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License:
• Abstract: We present a framework that combines the adjoint-state method together with reverse-time backpropagation to solve prohibitively large open-system quantum control problems. Our approach enables the optimization of arbitrary cost functions with fully general controls applied on large open quantum systems described by a Lindblad master equation. It is scalable, computationally efficient, and has a low-memory footprint. We apply this framework to optimize two inherently dissipative operations in superconducting qubits which lag behind in terms of fidelity and duration compared to other unitary operations: the dispersive readout and all-microwave reset of a transmon qubit. Our results show that while standard pulses for dispersive readout are nearly optimal, adding a transmon drive during the protocol can yield 2x improvements in fidelity and duration. We further demonstrate a 2x improvement in reset fidelity and duration through pulse shaping, indicating significant potential for enhancement in reset protocols. Our approach can readily be applied to optimize quantum controls in a vast range of applications such as reservoir engineering, autonomous quantum error correction, and leakage-reduction units.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 随伴状態法と逆時間バックプロパゲーションを組み合わせることで, 極めて大規模なオープンシステム量子制御問題を解く枠組みを提案する。 我々のアプローチは、リンドブラッドマスター方程式によって記述された大きな開量子系に完全に一般化された制御を施した任意のコスト関数の最適化を可能にする。 スケーラブルで、計算効率が良く、メモリのフットプリントも低い。 超伝導量子ビットにおける2つの本質的に散逸する演算を、他のユニタリ演算に比べて忠実さと持続時間で遅れる2つの本質的に散逸する演算を最適化するために、本枠組みを適用した。 提案手法は, 標準パルスがほぼ最適であるのに対して, プロトコル中にトランスモンドライブを付加することで, 忠実度と持続時間の2倍向上が期待できることを示す。 さらに、パルス整形によるリセット忠実度と持続時間の2倍の改善が示され、リセットプロトコルの強化の可能性が示唆された。 我々の手法は、貯水池工学、自律型量子誤り訂正、漏れ低減ユニットなど、幅広い応用において量子制御の最適化に容易に適用できる。

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