論文の概要: Universal pulses for superconducting qudit ladder gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.18339v2
- Date: Sun, 19 Jan 2025 16:01:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-22 14:16:01.118339
- Title: Universal pulses for superconducting qudit ladder gates
- Title（参考訳）: 超伝導ラダーゲートのためのユニバーサルパルス
- Authors: Boxi Li, F. A. Cárdenas-López, Adrian Lupascu, Felix Motzoi,
- Abstract要約: 隣接したキュディットレベル間の高速かつ高忠実なユニタリ回転を生成するための普遍パルス構成を提案する。
我々は,複数の制御誤差を抑え,既存手法より優れた高精度な解析パルススキームを導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Qudits, generalizations of qubits to multi-level quantum systems, offer enhanced computational efficiency by encoding more information per lattice cell, avoiding costly swap operations and providing even exponential speedup in some cases. Utilizing the $d$-level manifold, however, requires high-speed gate operations because of the stronger decoherence at higher levels. While analytical control methods have proven effective for qubits in achieving fast gates with minimal control errors, their extension to qudits is nontrivial due to the increased complexity of the energy level structure arising from additional ancillary states. In this work, we present a universal pulse construction for generating rapid, high-fidelity unitary rotations between adjacent qudit levels, thereby providing a prescription for any gate in $SU(d)$. Control errors in these operations are effectively analyzed within a four-level subspace, including two leakage levels with approximately opposite detuning. By identifying the optimal degrees of freedom, we derive concise analytical pulse schemes that suppress multiple control errors and outperform existing methods. Remarkably, our approach achieves consistent coherent error scaling across all levels, approaching the quantum speed limit independently of parameter variations between levels. Validation on transmon circuits demonstrates significant improvements in gate fidelity for various qudit sizes aiming for $10^{-4}$ error. This method provides a scalable solution for improving qudit control and can be broadly applied to other quantum systems with ladder structures or operations involving multiple ancillary levels.
- Abstract（参考訳）: 量子ビットのマルチレベル量子システムへの一般化である量子ビットは、格子セルごとにより多くの情報を符号化し、コストのかかるスワップ操作を回避し、場合によっては指数的なスピードアップを提供することにより、計算効率を向上する。
しかし、$d$レベルの多様体を使用するには、より高階でのより強いデコヒーレンスのため、高速ゲート演算が必要である。
解析的制御法は、最小限の制御誤差で高速ゲートを達成するのに有効であることが証明されているが、追加の補助状態から生じるエネルギーレベル構造が複雑化するため、クォーディットへの拡張は容易ではない。
本研究では,隣接するキューディットレベル間の高速かつ高忠実なユニタリ回転を生成するための普遍パルス構成を提案し,$SU(d)$の任意のゲートに対して処方則を提供する。
これらの操作における制御誤差は、ほぼ逆の2つのリークレベルを含む4レベルサブスペース内で効果的に解析される。
最適自由度を同定することにより、複数の制御誤差を抑え、既存の手法より優れているような、簡潔な解析パルススキームを導出する。
顕著なことに、我々の手法は全てのレベルにわたって一貫したコヒーレントなエラースケーリングを実現し、レベル間のパラメータのばらつきとは無関係に量子速度制限にアプローチする。
トランスモン回路のバリデーションにより, 10^{-4}$エラーを目標とした様々なキューディットサイズに対するゲート忠実度が大幅に向上した。
この方法は、キューディット制御を改善するスケーラブルなソリューションを提供し、はしご構造を持つ他の量子システムや複数の補助レベルを含む演算に広く適用することができる。
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