論文の概要: Error-mitigated Geometric Quantum Control over an Oscillator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.14344v2
• Date: Mon, 24 Feb 2025 03:09:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-25 15:47:18.035010
• Title: Error-mitigated Geometric Quantum Control over an Oscillator
• Title（参考訳）: 振動子を用いた誤差緩和幾何量子制御
• Authors: Ming-Jie Liang, Tao Chen, Zheng-Yuan Xue,
• Abstract要約: 量子情報は、環境および運用上の不完全性に対して脆弱である。 本稿では,関数理論による量子最適制御に基づくロバストなスキームを提案する。 この方式は、フォールトトレラント量子計算の代替として有望なものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7382619198694886
• License:
• Abstract: Quantum information is very fragile to environmentally and operationally induced imperfections. Therefore, the construction of practical quantum computers requires quantum error-correction techniques to protect quantum information. In particular, encoding a logical qubit into the large Hilbert space of an oscillator is a hardware-efficient way of correcting quantum errors. In this strategy, selective number-dependent arbitrary phase (SNAP) gates are vital for universal quantum control. However, the quality of SNAP gates is considerably limited by the small coupling-induced nonlinearity of the oscillator. Here, to resolve this limitation, we propose a robust scheme based on quantum optimal control via functional theory, by designing an appropriate trajectory for a target operation. Besides, we combine the geometric phase approach with our trajectory design scheme to minimize the decoherence effect, by shortening the gate time. Numerical simulation shows that both errors can be significantly mitigated and that the robustness of the geometric gate against both $X$ and $Z$ errors can be maintained. Therefore, our scheme provides a promising alternative for fault-tolerant quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 量子情報は、環境および運用上の不完全性に対して非常に脆弱である。 そのため、実用的な量子コンピュータの構築には、量子情報を保護するために量子エラー補正技術が必要である。 特に、振動子の大きなヒルベルト空間に論理量子ビットを符号化することは、量子エラーを修正するハードウェア効率のよい方法である。 この戦略では、選択数依存任意の位相(SNAP)ゲートは普遍的な量子制御に不可欠である。 しかし、SNAPゲートの品質は、発振器の小さな結合誘起非線形性によって著しく制限される。 本稿では、この制限を解決するために、目的とする演算に対して適切な軌道を設計することにより、関数理論による量子最適制御に基づくロバストなスキームを提案する。 さらに,ゲート時間を短縮することにより,幾何位相アプローチと軌道設計手法を組み合わせてデコヒーレンス効果を最小化する。 数値シミュレーションにより、どちらの誤差も大幅に軽減でき、幾何ゲートが$X$と$Z$の誤差に対して頑健であることが示されている。 したがって,本手法はフォールトトレラント量子計算の有望な代替手段となる。

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