論文の概要: Power-optimized amplitude modulation for robust trapped-ion entangling gates: a study of gate-timing errors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.17789v1
• Date: Mon, 23 Dec 2024 18:49:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-24 15:57:19.948617
• Title: Power-optimized amplitude modulation for robust trapped-ion entangling gates: a study of gate-timing errors
• Title（参考訳）: 強誘電体密閉ゲートのパワー最適化振幅変調 : ゲート減衰誤差の検討
• Authors: Luke Ellert-Beck, Wenchao Ge,
• Abstract要約: 振幅変調 (AM) は、Molmer-Sorensen (MS) プロトコルのよく研究された拡張である。 本稿では,レーザー振幅関数の一般性を維持するためにフーリエ級数展開を用いたAMの解析的研究を行う。 次に、この一般AM法をこれらのフーリエ係数に条件を課すことによりゲート位置誤差に適用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Trapped-ion systems are a promising route toward the realization of both near-term and universal quantum computers. However, one of the pressing challenges is improving the fidelity of two-qubit entangling gates. These operations are often implemented by addressing individual ions with laser pulses using the Molmer-Sorensen (MS) protocol. Amplitude modulation (AM) is a well-studied extension of this protocol, where the amplitude of the laser pulses is controlled as a function of time. We present an analytical study of AM, using a Fourier series expansion to maintain the generality of the laser amplitude's functional form. We then apply this general AM method to gate-timing errors by imposing conditions on these Fourier coefficients, producing trade-offs between the laser power and fidelity at a fixed gate time. The conditions derived here are linear and can be used, in principle, to achieve arbitrarily high orders of insensitivity to gate-timing errors. Numerical optimization is then employed to identify the minimum-power pulse satisfying these constraints. Our central result is that the leading order dependence on gate timing errors is improved from $\mathcal{O}(\Delta t^2)$ to $\mathcal{O}(\Delta t^6)$ with the addition of one linear constraint on the Fourier coefficients and to $\mathcal{O}(\Delta t^{10})$ with two linear constraints without a significant increase in the average laser power. The increase approaches zero as more Fourier coefficients are included. In further studies, this protocol can be applied to other error sources and used in conjunction with other error-mitigation techniques to improve two-qubit gates.
• Abstract（参考訳）: トラップイオンシステムは、短期的および普遍的な量子コンピュータの実現に向けた有望な経路である。 しかし、圧力のかかる課題の1つは、2量子エンタングゲートの忠実性を改善することである。 これらの操作は、Molmer-Sorensen (MS)プロトコルを使用して、個々のイオンにレーザーパルスで対処することで実装されることが多い。 振幅変調(AM)はこのプロトコルのよく研究された拡張であり、レーザーパルスの振幅は時間の関数として制御される。 本稿では,レーザー振幅関数の一般性を維持するためにフーリエ級数展開を用いたAMの解析的研究を行う。 次に、この一般AM法を、これらのフーリエ係数に条件を課し、固定ゲート時間におけるレーザパワーと忠実度の間のトレードオフを発生させることにより、ゲート推定誤差に適用する。 ここで引き起こされた条件は線形であり、原則としてゲート刺激誤差に対する任意の高感度を達成するために使うことができる。 次に、これらの制約を満たす最小出力パルスを特定するために、数値最適化を用いる。 我々の中心的な結果は、ゲートのタイミング誤差に対する先行順序依存性を、フーリエ係数に1つの線形制約を加えることで、$\mathcal{O}(\Delta t^2)$から$\mathcal{O}(\Delta t^6)$に、平均レーザーパワーを著しく増加させることなく2つの線形制約を持つ$\mathcal{O}(\Delta t^{10})$に改善することである。 この増加は、より多くのフーリエ係数を含むようにゼロに近づく。 さらなる研究で、このプロトコルは他のエラー源に適用でき、2量子ゲートを改善するために他のエラー軽減技術と併用することができる。

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