論文の概要: Nonlinearity of the Fidelity in Open Qudit Systems: Gate and Noise Dependence in High-dimensional Quantum Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.15141v3
- Date: Wed, 4 Sep 2024 11:09:40 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-07 02:31:44.642867
- Title: Nonlinearity of the Fidelity in Open Qudit Systems: Gate and Noise Dependence in High-dimensional Quantum Computing
- Title（参考訳）: 開放量子系における忠実性の非線形性:高次元量子コンピューティングにおけるゲートとノイズ依存性
- Authors: Jean-Gabriel Hartmann, Denis Janković, Rémi Pasquier, Mario Ruben, Paul-Antoine Hervieux,
- Abstract要約: 本稿では,リンドブラッド形式におけるマルコフ雑音下での単一キューディット系の平均ゲート忠実度(AGF)について検討する。
環境結合係数の観点から平均ゲート不忠実度(AGI)の摂動膨張に関する一般表現を導出する。
本研究は,AGIがQudit次元,量子ゲート選択,ノイズ強度に依存していることに注目し,量子ゲート設計と誤り訂正プロトコルを最適化するための重要な洞察を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: High-dimensional quantum computing has generated significant interest due to its potential to address scalability and error correction challenges faced by traditional qubit-based systems. This paper investigates the Average Gate Fidelity (AGF) of single qudit systems under Markovian noise in the Lindblad formalism, extending previous work by developing a comprehensive theoretical framework for the calculation of higher-order correction terms. We derive general expressions for the perturbative expansion of the Average Gate Infidelity (AGI) in terms of the environmental coupling coefficient and validate these with extensive numerical simulations, emphasizing the transition from linear to nonlinear behaviour in the strong coupling regime. Our findings highlight the dependence of AGI on qudit dimensionality, quantum gate choice, and noise strength, providing critical insights for optimising quantum gate design and error correction protocols. Additionally, we utilise our framework to identify universal bounds for the AGI in the strong coupling regime and explore the practical implications for enhancing the performance of near-term qudit architectures. This study offers a robust foundation for future research and development in high-dimensional quantum computing, contributing to the advancement of robust, high-fidelity quantum operations.
- Abstract（参考訳）: 高次元量子コンピューティングは、従来の量子ビットベースのシステムで直面するスケーラビリティとエラー訂正の問題に対処する可能性から、大きな関心を集めている。
本稿では、リンドブラッド形式におけるマルコフ雑音下での単一キューディット系の平均ゲート忠実度(AGF)について検討し、高次補正項の計算のための包括的な理論的枠組みを開発することにより、これまでの研究を拡張した。
環境結合係数の観点から平均ゲート不整合(AGI)の摂動膨張に関する一般表現を導出し,これらを広範囲の数値シミュレーションにより検証し,強い結合状態における線形な挙動から非線形な挙動への遷移を強調する。
本研究は,AGIがQudit次元,量子ゲート選択,ノイズ強度に依存していることに注目し,量子ゲート設計と誤り訂正プロトコルを最適化するための重要な洞察を提供する。
さらに,本フレームワークは,強結合系におけるAGIの普遍的バウンダリの同定と,近距離キュートアーキテクチャの性能向上のための実践的意義について検討する。
この研究は、高次元量子コンピューティングにおける将来の研究と発展のための堅牢な基盤を提供し、ロバストで高忠実な量子演算の発展に寄与する。
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