論文の概要: Experimental demonstration of the Bell-type inequalities for four qubit Dicke state using IBM Quantum Processing Units
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.20241v2
- Date: Mon, 05 May 2025 18:49:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-07 14:45:09.081192
- Title: Experimental demonstration of the Bell-type inequalities for four qubit Dicke state using IBM Quantum Processing Units
- Title（参考訳）: IBM量子処理ユニットを用いた4量子ディック状態に対するベル型不等式の実験的検討
- Authors: Tomis Prajapati, Harsh Mehta, Shreya Banerjee, Prasanta K. Panigrahi, V. Narayanan,
- Abstract要約: 我々は,IBM量子処理ユニット(QPU)上の2ビットおよび4ビットディック状態を用いたベル型不等式違反の理論的,実験的検討を行った。
2ビットの場合、我々はCHSHの不等式に明らかな違反を示し、最も高い観測値であるベルパラメータはM3誤差緩和を用いて2.821 pm 0.0019$に達した。
4ビットの場合、我々はディック状態に適したベル式不等式を採用し、追加の緩和を必要とせずに最大2.607 pm 0.029$の違反を達成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.361677484495031
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Violation of the Bell-type inequalities is necessary to confirm the existence of nonlocality in nonclassical (entangled) states. We have designed a customized operator which is made of the sum of the Pauli matrices ($\sigma_x$, $\sigma_y$, and $\sigma_z$). We theoretically and experimentally investigate the violation of Bell-type inequalities using two- and four-qubit Dicke states on IBM Quantum Processing Units (QPUs). We compare two different state preparation methods for the four-qubit Dicke state -- gate-based and statevector-based -- and evaluate their performance on two IBM QPUs, \texttt{ibm\_kyiv} and \texttt{ibm\_sherbrook}. For the two-qubit case, we demonstrate clear violations of the CHSH inequality, with the highest observed Bell parameter reaching $2.821 \pm 0.0019$ using M3 error mitigation, which is within $0.7\sigma$ of the theoretical maximum $2\sqrt{2}$. In the four-qubit case, we employ a Bell-type inequality tailored for Dicke states and achieve a maximum violation of $2.607 \pm 0.029$ without the need for additional mitigation when using the statevector-based method. Our results reveal that advanced error mitigation techniques significantly enhance the observed violations in the gate-based method, while the statevector-based approach inherently yields more robust states with lower noise. This study highlights the critical role of state preparation and mitigation techniques in probing fundamental quantum correlations on near-term quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: 非古典的(絡み合った)状態における非局所性の存在を確認するためにはベル型不等式の違反が必要である。
パウリ行列の和($\sigma_x$, $\sigma_y$, $\sigma_z$)をカスタマイズした演算子を設計した。
我々は,IBM量子処理ユニット(QPU)上の2ビットと4ビットのDicke状態を用いたベル型不等式違反の理論的,実験的検討を行った。
ゲートベースとステートベクターベースという4ビットディック状態に対する2つの状態準備法を比較し,その性能をIBM QPU, \texttt{ibm\_kyiv} と \texttt{ibm\_sherbrook} で評価した。
2ビットの場合、最も高い観測値であるベルパラメータが2.821 \pm 0.0019$に到達し、M3の誤差緩和によりCHSHの不等式が明らかに破られ、これは理論上の最大値である2.sqrt{2}$の0.7\sigma$以内である。
4ビットの場合、Dicke状態に適したベル型不等式を採用し、Statevector-basedメソッドを使用する場合、さらなる緩和を必要とせず、最大2.607 \pm 0.029$の違反を実現する。
以上の結果から, ゲート方式では, 改良された誤差低減技術により観測された欠陥が著しく向上し, ステイトベクター方式では, より低雑音でより頑健な状態が得られることがわかった。
本研究は, 短期量子ハードウェア上での基本的な量子相関を求める上で, 状態準備と緩和技術の重要性を強調した。
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