論文の概要: Benchmarking and fidelity response theory of high-fidelity Rydberg entangling gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.20184v2
- Date: Tue, 19 Nov 2024 18:42:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-20 13:33:04.673141
- Title: Benchmarking and fidelity response theory of high-fidelity Rydberg entangling gates
- Title（参考訳）: 高忠実リドベルクエンタングゲートのベンチマークと忠実応答理論
- Authors: Richard Bing-Shiun Tsai, Xiangkai Sun, Adam L. Shaw, Ran Finkelstein, Manuel Endres,
- Abstract要約: 我々は、時間最適化のRydberg CZゲートを実装し、その忠実度をベンチマークする回路を設計し、対称入力状態平均0.9971(5)を達成する。
非自明なパワースペクトル密度を持つレーザノイズから不確かさを効率的に予測するための忠実度応答理論を開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The fidelity of entangling operations is a key figure of merit in quantum information processing, especially in the context of quantum error correction. High-fidelity entangling gates in neutral atoms have seen remarkable advancement recently. A full understanding of error sources and their respective contributions to gate infidelity will enable the prediction of fundamental limits on quantum gates in neutral atom platforms with realistic experimental constraints. In this work, we implement the time-optimal Rydberg CZ gate, design a circuit to benchmark its fidelity, and achieve a fidelity, averaged over symmetric input states, of 0.9971(5), downward-corrected for leakage error, which together with our recent work forms a new state-of-the-art for neutral atoms. The remaining infidelity is explained by an ab initio error model, consistent with our experimental results over a range of gate speeds, with varying contributions from different error sources. Further, we develop a fidelity response theory to efficiently predict infidelity from laser noise with non-trivial power spectral densities and derive scaling laws of infidelity with gate speed. Besides its capability of predicting gate fidelity, we also utilize the fidelity response theory to compare and optimize gate protocols, to learn laser frequency noise, and to study the noise response for quantum simulation tasks. Finally, we predict that a CZ gate fidelity of ${\gtrsim} 0.999$ is feasible with realistic experimental upgrades.
- Abstract（参考訳）: 絡み合う操作の忠実さは、量子情報処理、特に量子誤り訂正の文脈における重要な特徴である。
中性原子の高忠実なエンタングリングゲートは、最近顕著な進歩を見せている。
誤差源の完全な理解とゲート不忠実性へのそれぞれの貢献により、現実的な実験的制約のある中性原子プラットフォームにおける量子ゲートの基本的限界の予測が可能となる。
本研究は、時間最適化のRydberg CZゲートを実装し、その忠実度をベンチマークするための回路を設計し、その忠実度を対称入力状態平均0.9971(5)で達成し、リークエラーを下向きに補正する。
残余の不忠実度は, 異なる誤差源からの様々な寄与とともに, ゲート速度に関する実験結果と一致して, ab initio誤差モデルにより説明される。
さらに,非自明なパワースペクトル密度を持つレーザノイズから不忠実性を効率的に予測し,ゲート速度による不忠実性のスケーリング則を導出するフィデリティ応答理論を開発した。
ゲートの忠実度を予測する能力に加えて、ゲートプロトコルの比較と最適化、レーザー周波数ノイズの学習、量子シミュレーションタスクにおけるノイズ応答の研究にも、忠実度応答理論を利用する。
最後に、${\gtrsim} 0.999$のCZゲート忠実度は、現実的な実験的アップグレードで実現可能であると予測する。
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