論文の概要: Single-qubit quantum gate at an arbitrary speed

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.19561v1
• Date: Fri, 27 Dec 2024 10:05:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-30 17:25:45.500703
• Title: Single-qubit quantum gate at an arbitrary speed
• Title（参考訳）: 任意の速度での単一量子ゲート
• Authors: Seongjin Ahn, Kichan Park, Daehee Cho, Mikyoung Lim, Taeyoung Choi, Andrey S. Moskalenko,
• Abstract要約: 強結合かつ超高速な状態下で単一量子ゲートの普遍的な集合を構築することが可能であることを示す。 中心周波数のスケーリング挙動は,長門時間系から短門時間系への遷移を観察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7256915467062314
• License:
• Abstract: Quantum information processing comprises physical processes, which obey the quantum speed limit (QSL): high speed requires strong driving. Single-qubit gates using Rabi oscillation, which is based on the rotating wave approximation (RWA), satisfy this bound in the form that the gate time $T$ is inversely proportional to the Rabi frequency $\Omega$, characterizing the driving strength. However, if the gate time is comparable or shorter than the qubit period $T_{0} \equiv 2\pi / \omega_{0}$, the RWA actually breaks down since the Rabi frequency has to be large compared to the qubit frequency $\omega_{0}$ due to the QSL, which is given as $T \gtrsim \pi/\Omega$. We show that it is possible to construct a universal set of single-qubit gates at this strong-coupling and ultrafast regime, by adjusting the central frequency $\omega$ and the Rabi frequency $\Omega$ of the driving pulse. We observe a transition in the scaling behavior of the central frequency from the long-gate time regime ($T \gg T_{0}$) to the short-gate time ($T \ll T_{0}$) regime. In the former, the central frequency is nearly resonant to the qubit, i.e., $\omega \simeq \omega_{0}$, whereas in the latter, the central frequency is inversely proportional to the gate time, i.e., $\omega \sim \pi/T$. We identify the transition gate time at which the scaling exponent $n$ of the optimal central frequency $\omega \sim T^{n}$ changes from $n=0$ to $n=-1$.
• Abstract（参考訳）: 量子情報処理は物理プロセスから構成され、量子速度制限(QSL)に従う。 回転波近似(RWA)に基づくRabi発振を用いた単一量子ゲートは、ゲート時間$T$がRabi周波数$\Omega$に逆比例する形でこの境界を満たす。 しかし、ゲート時間がqubit period $T_{0} \equiv 2\pi / \omega_{0}$と同等か短い場合、RWAは実際に崩壊する。 駆動パルスの中心周波数$\omega$とRabi周波数$\Omega$を調整することにより、この強結合かつ超高速な状態下で単一ビットゲートの普遍的なセットを構築することができることを示す。 我々は、中央周波数のスケーリングの挙動を、長門時間レギュラー(T \gg T_{0}$)から短門時間レギュラー(T \ll T_{0}$)への移行を観察する。 前者では、中心周波数はqubit、すなわち$\omega \simeq \omega_{0}$にほぼ共鳴するが、後者では、中心周波数はゲート時間、すなわち$\omega \sim \pi/T$に逆比例する。 最適中心周波数 $\omega \sim T^{n}$ のスケーリング指数 $n$ が $n=0$ から $n=-1$ に変化する遷移ゲート時間を特定する。

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