論文の概要: Realization of maximally-entangling two-qutrit gates using the Cross-Resonance scheme
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.15265v2
- Date: Thu, 05 Jun 2025 17:43:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-06 21:53:49.265335
- Title: Realization of maximally-entangling two-qutrit gates using the Cross-Resonance scheme
- Title（参考訳）: クロス共振法による最大絡み合う2量子ゲートの実現
- Authors: Yash Saxena, Sagnik Chatterjee, Tharrmashastha Sapv,
- Abstract要約: 固定周波数トランスモン上での2量子ゲートの最大絡み合いを実現するための包括的理論的枠組みを提案する。
一般化されたクロス共振方式を用いて、トランスモンの0-1$と1-2$のエネルギー遷移に作用するパラメトリック2量子ゲートを設計する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: In this letter, we present a comprehensive theoretical framework for realizing maximally entangling two-qutrit gates on fixed-frequency transmons that generalize the qubit-centric cross-resonance (CR) interaction beyond the 0-1 subspace, which we call as generalized cross-resonance (GCR) scheme. We use the GCR scheme to design parametric two-qutrit gates, namely, $U_{CR}^{01}$ and $U_{CR}^{12}$, that act on the $0{-}1$ and $1{-}2$ energy transitions of transmons, respectively. Our gates improve upon the existing works in two aspects. First, our gates \emph{directly} allow for entanglement on the $1{-}2$ levels instead of relying on the entangling ability on the $0{-}1$ levels to perform entanglement on the subspace spanned by $|1\rangle $ and $|2\rangle $, as done in previous works. Second, our gates are parametric in nature, enabling us to construct multiple entangling gates of interest, while the prior works that use cross-resonance for qutrits focus on individual gates. Further, we use Qiskit Dynamics to perform a simulation-based demonstration of two-qutrit generalized controlled-$X$ and controlled-$\sqrt{X}$ gates, namely, $U_{CX}^{01}$ and $U_{CSX}^{12}$, which are instances of proposed $U_{CR}$ gates. Numerical simulations in Qiskit Dynamics, calibrated to experimental parameters that mimic the actual backend, demonstrate gate fidelities of $99.73\pm0.01\%$ and $98.10\pm0.01\%$ for $U_{CX}^{01}$ and $U_{CSX}^{12}$ gates, respectively, obtained using Quantum Process Tomography. A two-qutrit Bell state $|\psi\rangle = \frac{1}{\sqrt{3}}(|00\rangle + |11\rangle + |22\rangle)$ is prepared with fidelity $98.33 \pm 0.01\%$ obtained using Quantum State Tomography with a $\sim 514$ ns pulse sequence. We note that the complete time taken for Bell state preparation in our setup is less than the gate time of cross-Kerr-based entangling gates.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,0-1部分空間を超越したクビット中心のクロス共鳴(CR)相互作用を一般化する固定周波数トランスモン上での2量子ゲートの最大絡み合いを実現するための包括的理論的枠組みについて述べる。
我々は、GCRスキームを用いてパラメトリック2量子ゲート、すなわち、0{-}1$と1{-}2$のトランモンのエネルギー遷移に作用する$U_{CR}^{01}$と$U_{CR}^{12}$を設計する。
ゲートは2つの面で既存の作業を改善します。
まず、我々のゲート \emph{directly} は$0{-}1$レベルの絡み合い能力に頼らず、$|1\rangle $ と $|2\rangle $ で区切られた部分空間上の絡み合いを実行するために$0{-}1$レベルの絡み合い能力に頼るのではなく、${-}2$レベルの絡み合いを許容する。
第二に、我々のゲートは自然界においてパラメトリックであり、複数の絡み合うゲートを構築できる。
さらに、Qiskit Dynamics を用いて、2量子一般化された制御-$X$ と制御-$\sqrt{X}$ ゲート、すなわち$U_{CX}^{01} と $U_{CSX}^{12} のシミュレーションベースのデモを行い、提案された$U_{CR}$ ゲートの例を示す。
Qiskit Dynamics の数値シミュレーションは、実際のバックエンドを模倣する実験パラメータに校正され、99.73\pm0.01\%$と9.10\pm0.01\%$ for $U_{CX}^{01}$と$U_{CSX}^{12}$ gates のゲート忠実性を示す。
2クォートベル状態 $|\psi\rangle = \frac{1}{\sqrt{3}}(|00\rangle + |11\rangle + |22\rangle)$ は、$\sim 514$ ns パルスシーケンスで量子状態トモグラフィーを用いて得られる9,8.33 \pm 0.01\%$ で作成される。
我々は,ベル状態の準備に要する時間は,クロスカー式エンタングリングゲートのゲート時間よりも短いことに留意する。
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