論文の概要: A diverse set of two-qubit gates for spin qubits in semiconductor quantum dots
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.18689v1
- Date: Mon, 29 Apr 2024 13:37:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-30 13:38:04.343654
- Title: A diverse set of two-qubit gates for spin qubits in semiconductor quantum dots
- Title（参考訳）: 半導体量子ドットにおけるスピン量子ビットに対する2量子ゲートの多様集合
- Authors: Ming Ni, Rong-Long Ma, Zhen-Zhen Kong, Ning Chu, Sheng-Kai Zhu, Chu Wang, Ao-Ran Li, Wei-Zhu Liao, Gang Cao, Gui-Lei Wang, Guang-Can Guo, Xuedong Hu, Hai-Ou Li, Guo-Ping Guo,
- Abstract要約: 利用可能な2キュービットゲートタイプを拡張するために,高速な複合2キュービットゲート方式を提案し,検証する。
我々のゲート方式は、全ての必須2ビットゲートのパラメータ要求を共通のJDeltaE_Z領域に制限する。
この汎用複合ゲート方式により、広帯域2ビット演算により、ハードウェアと基礎となる物理資源を効率的に利用することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.228819198411081
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: To realize large-scale quantum information processes, an ideal scheme for two-qubit operations should enable diverse operations with given hardware and physical interaction. However, for spin qubits in semiconductor quantum dots, the common two-qubit operations, including CPhase gates, SWAP gates, and CROT gates, are realized with distinct parameter regions and control waveforms, posing challenges for their simultaneous implementation. Here, taking advantage of the inherent Heisenberg interaction between spin qubits, we propose and verify a fast composite two-qubit gate scheme to extend the available two-qubit gate types as well as reduce the requirements for device properties. Apart from the formerly proposed CPhase (controlled-phase) gates and SWAP gates, theoretical results indicate that the iSWAP-family gate and Fermionic simulation (fSim) gate set are additionally available for spin qubits. Meanwhile, our gate scheme limits the parameter requirements of all essential two-qubit gates to a common J~{\Delta}E_Z region, facilitate the simultaneous realization of them. Furthermore, we present the preliminary experimental demonstration of the composite gate scheme, observing excellent match between the measured and simulated results. With this versatile composite gate scheme, broad-spectrum two-qubit operations allow us to efficiently utilize the hardware and the underlying physics resources, helping accelerate and broaden the scope of the upcoming noise intermediate-scale quantum (NISQ) computing.
- Abstract（参考訳）: 大規模量子情報処理を実現するため、2量子演算の理想的なスキームは、与えられたハードウェアと物理相互作用による多様な操作を可能にする必要がある。
しかし、半導体量子ドットにおけるスピン量子ビットの場合、CPhaseゲート、SWAPゲート、CROTゲートなどの一般的な2量子ビット演算は、異なるパラメータ領域と制御波形で実現され、同時に実装する上での課題となっている。
そこで本研究では,スピン量子ビット間のハイゼンベルク相互作用を生かして,利用可能な2量子ビットゲートタイプを拡張し,デバイス特性の要件を緩和する高速複合2量子ゲートスキームを提案し,検証する。
従来提案されていたCPhase(制御相)ゲートとSWAPゲートとは別に、理論的な結果はiSWAPゲートとフェルミオンシミュレーション(fSim)ゲートセットがスピン量子ビットにも利用できることを示している。
一方、ゲートスキームは、全ての必須2ビットゲートのパラメータ要求を共通 J~{\Delta}E_Z 領域に制限し、それらの同時実現を容易にする。
さらに, 実測結果と模擬結果との良好な一致を観察し, 複合ゲート方式の予備実験を行った。
この汎用複合ゲート方式により、広帯域2量子ビット演算により、ハードウェアと基礎となる物理資源を効率的に利用することができ、次のノイズ中間スケール量子(NISQ)コンピューティングの加速と拡張に役立てることができる。
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