論文の概要: Efficient Implementation of Arbitrary Two-Qubit Gates via Unified Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.03612v1
• Date: Wed, 05 Feb 2025 21:00:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-07 14:32:22.478338
• Title: Efficient Implementation of Arbitrary Two-Qubit Gates via Unified Control
• Title（参考訳）: 統一制御による任意二ビットゲートの効率的な実装
• Authors: Zhen Chen, Weiyang Liu, Yanjun Ma, Weijie Sun, Ruixia Wang, He Wang, Huikai Xu, Guangming Xue, Haisheng Yan, Zhen Yang, Jiayu Ding, Yang Gao, Feiyu Li, Yujia Zhang, Zikang Zhang, Yirong Jin, Haifeng Yu, Jianxin Chen, Fei Yan,
• Abstract要約: ネイティブゲートセットは、基本量子演算の精度を管理し、量子アルゴリズムを実装する複雑さを規定する。 本稿では,任意の2ビットゲートを生成可能な統一的で多目的なゲートスキームを実験的に実証する。 一般的に使用される2量子ユニタリの広い範囲にわたって、99.37 pm 0.07%$の平均的な高忠実度を実現する。 この結果から,単一インタラクションの能力を完全に活用することで,包括的で高精度なゲートセットが得られることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.657387004518604
• License:
• Abstract: The native gate set is fundamental to the performance of quantum devices, as it governs the accuracy of basic quantum operations and dictates the complexity of implementing quantum algorithms. Traditional approaches to extending gate sets often require accessing multiple transitions within an extended Hilbert space, leading to increased control complexity while offering only a limited set of gates. Here, we experimentally demonstrate a unified and highly versatile gate scheme capable of natively generating arbitrary two-qubit gates using only exchange interaction and qubit driving on a superconducting quantum processor, achieving maximum expressivity. Using a state-of-the-art transmon-coupler-transmon architecture, we achieve high fidelities averaging $99.37 \pm 0.07\%$ across a wide range of commonly used two-qubit unitaries. This outstanding performance, combined with reduced complexity, enables precise multipartite entangled state preparation, as demonstrated. To further enhance its applicability, we also show the high-fidelity realization of the unique B gate, which efficiently synthesizes the entire family of two-qubit gates. Our results highlight that fully exploiting the capabilities of a single interaction can yield a comprehensive and highly accurate gate set. With maximum expressivity, gate-time optimality, demonstrated high fidelity, and easy adaptability to other quantum platforms, our unified control scheme paves the way for optimal performance in quantum devices, offering exciting prospects for advancing quantum hardware and algorithm development.
• Abstract（参考訳）: ネイティブゲートセットは、基本量子演算の精度を制御し、量子アルゴリズムを実装する複雑さを規定するので、量子デバイスの性能に基本的なものである。 従来の拡張ゲート集合へのアプローチは、しばしば拡張ヒルベルト空間内の複数の遷移にアクセスすることを必要とし、制限されたゲートセットのみを提供しながら、制御の複雑さを増大させる。 そこで我々は,超伝導量子プロセッサ上での交換相互作用とキュービット駆動のみを用いて任意の2ビットゲートをネイティブに生成し,最大表現性を実現する,統一的で汎用性の高いゲートスキームを実験的に実証した。 最先端のトランスモン-カプラ-トランスモンアーキテクチャを用いて、一般的な2量子ユニタリの広い範囲にわたる99.37 \pm 0.07\%の高忠実度を実現する。 この卓越した性能は、複雑さの低減と組み合わさって、証明されたように、正確にマルチパーティントの絡み合った状態の準備を可能にする。 さらに,その適用性を高めるために,二ビットゲートの族全体を効率よく合成するユニークなBゲートの高忠実性実現を示す。 この結果から,単一インタラクションの能力を完全に活用することで,包括的で高精度なゲートセットが得られることがわかった。 最大表現率、ゲート時間最適性、高忠実性、他の量子プラットフォームへの適応性を示すとともに、我々の統一制御スキームは量子デバイスにおける最適性能の道を開き、量子ハードウェアとアルゴリズム開発を進展させるエキサイティングな展望を提供する。

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