論文の概要: Single-Qubit Gates Beyond the Rotating-Wave Approximation for Strongly Anharmonic Low-Frequency Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.08238v1
- Date: Tue, 11 Mar 2025 10:02:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-12 15:42:15.819973
- Title: Single-Qubit Gates Beyond the Rotating-Wave Approximation for Strongly Anharmonic Low-Frequency Qubits
- Title（参考訳）: 強アンハーモニック低周波量子の回転波近似を超えた単一量子ゲート
- Authors: Martijn F. S. Zwanenburg, Siddharth Singh, Eugene Y. Huang, Figen Yilmaz, Taryn V. Stefanski, Jinlun Hu, Piranavan Kumaravadivel, Christian Kraglund Andersen,
- Abstract要約: 単一量子ビットゲートは、多くの量子プラットフォームにおいて、量子ビット遷移周波数を持つ線形駆動共振器を用いて適用されている。
本研究では,2レベルシステムにおける反回転項の影響を最小限に抑えた駆動パルスの補正を導出し,検証する。
我々はこれらの補正項をフラキソニウム超伝導量子ビット上で実験的に実装し、これは強無調波低周波量子ビットの例である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.903415485511869
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- Abstract: Single-qubit gates are in many quantum platforms applied using a linear drive resonant with the qubit transition frequency which is often theoretically described within the rotating-wave approximation (RWA). However, for fast gates on low-frequency qubits, the RWA may not hold and we need to consider the contribution from counter-rotating terms to the qubit dynamics. The inclusion of counter-rotating terms into the theoretical description gives rise to two challenges. Firstly, it becomes challenging to analytically calculate the time evolution as the Hamiltonian is no longer self-commuting. Moreover, the time evolution now depends on the carrier phase such that, in general, every operation in a sequence of gates is different. In this work, we derive and verify a correction to the drive pulses that minimizes the effect of these counter-rotating terms in a two-level system. We then derive a second correction term that arises from non-computational levels for a strongly anharmonic system. We experimentally implement these correction terms on a fluxonium superconducting qubit, which is an example of a strongly anharmonic, low-frequency qubit for which the RWA may not hold, and demonstrate how fast, high-fidelity single-qubit gates can be achieved without the need for additional hardware complexities.
- Abstract（参考訳）: 単一量子ビットゲートは、多くの量子プラットフォームにおいて、回転波近似(RWA)の中で理論的に記述されるキュービット遷移周波数を持つ線形駆動共振器を用いて適用されている。
しかし、低周波量子ビット上の高速ゲートの場合、RWAは保たず、逆回転項から量子ビットダイナミクスへの寄与を考える必要がある。
反回転項を理論記述に含めると、2つの課題が生じる。
まず、ハミルトニアンがもはや自己交換しないため、時間進化を解析的に計算することは困難になる。
さらに、時間進化はキャリアフェーズに依存しており、一般に、ゲート列内の全ての操作が異なる。
本研究では,2レベルシステムにおける反回転項の影響を最小限に抑えた駆動パルスの補正を導出し,検証する。
次に、強無調和系の非計算レベルから生じる第2の補正項を導出する。
我々はこれらの補正項を、RWAが保持できない強い不調和で低周波の量子ビットの例であるフラキソニウム超伝導量子ビット上で実験的に実装し、ハードウェアの複雑さを増すことなく、高速で高忠実な単一量子ビットゲートがいかに達成できるかを実証した。
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