論文の概要: Realization of maximally-entangling two-qutrit gates using the Cross-Resonance scheme

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.15265v3
• Date: Tue, 10 Jun 2025 12:40:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-11 15:11:39.870138
• 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: 我々は、0-1部分空間を超えて、キュービット中心のクロス共鳴(CR)相互作用を一般化する一般化クロス共鳴スキーム(GCR)を導入する。 我々は、GCRスキームを用いてパラメトリックな2量子ゲート、すなわち、トランスモンの0-1ドルと1-2ドルのエネルギー遷移に作用する$U_CR01$と$U_CR12$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 introduce the generalized cross-resonance scheme (GCR) which is a comprehensive theoretical framework that generalize the qubit-centric cross-resonance (CR) interaction beyond the 0-1 subspace for realizing maximally entangling two-qutrit gates on fixed-frequency transmons and is a microwave-only technique compatible with existing hardware. 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. Our gates improve upon the existing works in two aspects. First, our gates directly allow for entanglement on the $1{-}2$ levels rather than merely relying on $0{-}1$ entanglement, as in previous works. Second, our gates are parametric in nature, enabling us to construct multiple entangling gates of interest, whereas the purview of prior works that use cross-resonance for qutrits was limited to individual gates. Using numerical simulation in Qiskit Dynamics, we demonstrate two-qutrit generalized controlled-$X$ ($U_{CX}^{01}$ and $U_{CX}^{12}$) and controlled-$H$ ($U_{CH}^{01}$ and $U_{CH}^{12}$) gates, which are instances of the proposed $U_{CR}$ gates, with reported gate fidelities of $99.73\pm 0.01\%, 97.88\pm 0.01\%, 99.39\pm 0.01\%$, and $98.99\pm 0.01\%$, respectively. Finally, we prepare a two-qutrit Bell state $|\psi\rangle = \frac{1}{\sqrt{3}}(|00\rangle + |11\rangle + |22\rangle)$ with a fidelity of $99.06 \pm 0.01\%$. We note that, in our setup, the complete time taken for Bell state preparation is $\sim 514$ ns and is less than the gate time of cross-Kerr-based entangling gates.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,定周波トランスモン上の2量子ゲートの最大絡み合いを実現するため,0-1部分空間を越えた量子ビット中心のクロス共振(CR)相互作用を一般化する包括的理論フレームワークである一般化クロス共振方式(GCR)を紹介し,既存のハードウェアと互換性のあるマイクロ波のみの手法である。 パラメトリックな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$U_{CR}^{12}$を設計するためにGCRスキームを用いる。 ゲートは2つの面で既存の作業を改善します。 まず、我々のゲートは、以前の作品のように、単に$0{-}1$のエンタングルメントに頼るのではなく、$1{-}2$レベルのエンタングルメントを直接許可します。 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のに対し、クエットのクロス共振を用いた以前の作品のパービューは個々のゲートに限られていた。 Qiskit Dynamicsの数値シミュレーションを用いて、提案された99.73\pm 0.01\%、97.88\pm 0.01\%、99.39\pm 0.01\%、99.39\pm 0.01\%、9.99\pm 0.01\%のゲートを持つU_{CH}^{01}$および$U_{CH}^{12}$の例である2量子一般化されたX$(U_{CX}^{01}$)とコントロールされたH$(U_{CH}^{01}$および$U_{CH}^{12}$)ゲートの例を示す。 最後に、2重項ベル状態 $|\psi\rangle = \frac{1}{\sqrt{3}}(|00\rangle + |11\rangle + |22\rangle)$ を99.06 \pm 0.01\%$ とする。 私たちの設定では、ベル状態の準備に要する時間は$\sim 514$ nsで、クロスカーベースのエンタングリングゲートのゲート時間より小さい。

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