論文の概要: Realizing Scalable Conditional Operations through Auxiliary Energy Levels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.06687v3
• Date: Tue, 15 Apr 2025 13:48:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-16 22:07:34.283644
• Title: Realizing Scalable Conditional Operations through Auxiliary Energy Levels
• Title（参考訳）: 補助エネルギーレベルによるスケーラブルな条件付き運転の実現
• Authors: Sheng Zhang, Peng Duan, Yun-Jie Wang, Tian-Le Wang, Peng Wang, Ren-Ze Zhao, Xiao-Yan Yang, Ze-An Zhao, Liang-Liang Guo, Yong Chen, Hai-Feng Zhang, Lei Du, Hao-Ran Tao, Zhi-Fei Li, Yuan Wu, Zhi-Long Jia, Wei-Cheng Kong, Zhao-Yun Chen, Zhuo-Zhi Zhang, Xiang-Xiang Song, Yu-Chun Wu, Guo-Ping Guo,
• Abstract要約: 遷移経路工学に基づく遷移複合ゲート方式を提案する。 制御単位系(CU)とその応用を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.939689760182203
• License:
• Abstract: In the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era, flexible quantum operations are essential for advancing large-scale quantum computing, as they enable shorter circuits that mitigate decoherence and reduce gate errors. However, the complex control of quantum interactions poses significant experimental challenges that limit scalability. Here, we propose a transition composite gate scheme based on transition pathway engineering, which digitally implements conditional operations with reduced complexity by leveraging auxiliary energy levels. Experimentally, we demonstrate the controlled-unitary (CU) family and its applications. In entangled state preparation, our CU gate reduces the circuit depth for three-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) and W states by approximately 40-44% compared to circuits using only CZ gates, leading to fidelity improvements of 1.5% and 4.2%, respectively. Furthermore, with a 72% reduction in circuit depth, we successfully implement a quantum comparator-a fundamental building block for quantum algorithms requiring conditional logic, which has remained experimentally challenging due to its inherent circuit complexity. These results demonstrate the scalability and practicality of our scheme, laying a solid foundation for the implementation of large-scale quantum algorithms in future quantum processors.
• Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間量子(NISQ)時代には、デコヒーレンスを緩和しゲートエラーを低減するための短い回路を可能にするため、大規模量子コンピューティングを進めるためにフレキシブルな量子演算が不可欠である。 しかし、量子相互作用の複雑な制御はスケーラビリティを制限する重要な実験的な課題を引き起こす。 本稿では,遷移経路工学に基づく遷移複合ゲート方式を提案する。 実験的に制御単位系(CU)とその応用を実証した。 絡み合った状態調製において, CUゲートはCZゲートのみを用いた回路と比較して, 3量子グリーンバーガー・ホルン・ザイリンガー(GHZ)およびW状態の回路深さを約40-44%削減し, それぞれ1.5%と4.2%の忠実度向上を実現した。 さらに,回路深さの72%削減を図り,量子コンパレータ-条件論理を必要とする量子アルゴリズムの基本構成ブロックの実装に成功した。 これらの結果は,提案方式のスケーラビリティと実用性を実証し,将来の量子プロセッサにおける大規模量子アルゴリズムの実装の基盤となる。

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