論文の概要: Platonic dynamical decoupling sequences for qudits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.04974v1
• Date: Sun, 8 Sep 2024 04:52:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-10 19:50:12.219282
• Title: Platonic dynamical decoupling sequences for qudits
• Title（参考訳）: 四重項のプラトン力学デカップリング配列
• Authors: Colin Read, Eduardo Serrano-Ensástiga, John Martin,
• Abstract要約: ハミルトン群に対するマヨラナ表現の一般化を用いて、各プラトン列の疎結合性を確立するための単純な枠組みを開発する。 これらのシーケンスは、最大6レベルの単一量子ビットに対して環境とのあらゆる種類の相互作用をキャンセルする能力において普遍的である。 最大5体までの相互作用を、グローバルパルスのみと相互作用する量子ビットのアンサンブルで分離することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In the NISQ era, where quantum information processing is hindered by the decoherence and dissipation of elementary quantum systems, developing new protocols to extend the lifetime of quantum states is of considerable practical and theoretical importance. A prominent method, called dynamical decoupling, uses a carefully designed sequence of pulses applied to a quantum system, such as a qudit (a d-level quantum system), to suppress the coupling Hamiltonian between the system and its environment, thereby mitigating dissipation. While dynamical decoupling of qubit systems has been widely studied, the decoupling of qudit systems has been far less explored and often involves complex sequences and operations. In this work, we design efficient decoupling sequences composed solely of SU(2) rotations and based on tetrahedral, octahedral, and icosahedral point groups, which we call Platonic sequences. We use a generalization of the Majorana representation for Hamiltonians to develop a simple framework that establishes the decoupling properties of each Platonic sequence and show its efficiency on many examples. These sequences are universal in their ability to cancel any type of interaction with the environment for single qudits with up to 6 levels, and they are capable of decoupling up to 5-body interactions in an ensemble of interacting qubits with only global pulses, provided that the interaction Hamiltonian has no isotropic component, with the exception of the global identity. We also discuss their inherent robustness to finite pulse duration and a wide range of pulse errors, as well as their potential application as building blocks for dynamically corrected gates.
• Abstract（参考訳）: 量子情報処理が基本的な量子システムのデコヒーレンスと散逸によって妨げられているNISQ時代には、量子状態の寿命を延ばす新しいプロトコルを開発することは、かなり実用的で理論的に重要である。 動的疎結合(Dynamical decoupling)と呼ばれる顕著な手法は、qudit(dレベル量子系)のような量子系に適用されるパルス列を慎重に設計し、システムと環境の間のハミルトニアン結合を抑える。 量子ビット系の動的デカップリングは広く研究されているが、キューディット系のデカップリングははるかに研究が進んでおらず、複雑なシーケンスや演算を伴っていることが多い。 本研究では,SU(2)回転のみで構成され,四面体,八面体,イコサヘド点群に基づく効率的な疎結合配列を設計し,これをプラトン配列と呼ぶ。 我々は、ハミルトニアンのマヨラナ表現の一般化を用いて、各プラトン列の疎結合性を確立し、多くの例でその効率性を示す単純なフレームワークを開発する。 これらのシーケンスは、最大6つのレベルを持つ単一量子ビットの環境とのあらゆる種類の相互作用をキャンセルする能力において普遍的であり、大域的なパルスのみと相互作用する量子ビットのアンサンブルにおいて最大5体の相互作用を分離することができる。 また、有限パルス持続時間と広範囲のパルス誤差に対する固有のロバスト性や、動的に修正されたゲートのビルディングブロックとしての可能性についても論じる。

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