論文の概要: Demonstrating Coherent Quantum Routers for Bucket-Brigade Quantum Random Access Memory on a Superconducting Processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.13958v1
• Date: Tue, 20 May 2025 05:42:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-21 14:49:52.770644
• Title: Demonstrating Coherent Quantum Routers for Bucket-Brigade Quantum Random Access Memory on a Superconducting Processor
• Title（参考訳）: 超電導プロセッサ上でのバケットブリガド量子ランダムアクセスメモリのためのコヒーレント量子ルータの実証
• Authors: Sheng Zhang, Yun-Jie Wang, Peng Wang, Ren-Ze Zhao, Xiao-Yan Yang, Ze-An Zhao, Tian-Le Wang, Hai-Feng Zhang, Zhi-Fei Li, Yuan Wu, Hao-Ran Tao, Liang-Liang Guo, Lei Du, Chi Zhang, Zhi-Long Jia, Wei-Cheng Kong, Zhuo-Zhi Zhang, Xiang-Xiang Song, Yu-Chun Wu, Zhao-Yun Chen, Peng Duan, Guo-Ping Guo,
• Abstract要約: 超伝導量子プロセッサを用いたコヒーレント量子ルータを実証する。 個々のQ忠実度を95.74%まで達成し、2層量子ルーティングネットワークによるスケーラビリティの検証を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.944302217239247
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum routers (QRouters) are essential components of bucket-brigade quantum random access memory (QRAM), enabling quantum applications such as Grover's search and quantum machine learning. Despite significant theoretical advances, achieving scalable and coherent QRouters experimentally remains challenging. Here, we demonstrate coherent quantum routers using a superconducting quantum processor, laying a practical foundation for scalable QRAM systems. The quantum router at the core of our implementation utilizes the transition composite gate (TCG) scheme, wherein auxiliary energy levels temporarily mediate conditional interactions, substantially reducing circuit depth compared to traditional gate decompositions. Moreover, by encoding routing addresses in the non-adjacent qutrit states $|0\rangle$ and $|2\rangle$, our design inherently enables eraser-detection capability, providing efficient post-selection to mitigate routing errors. Experimentally, we achieve individual QRouter fidelities up to 95.74%, and validate scalability through a two-layer quantum routing network achieving an average fidelity of 82.40%. Our results represent a significant advancement in quantum routing technology, providing enhanced fidelity, built-in error resilience, and practical scalability crucial for the development of future QRAM and large-scale quantum computing architectures.
• Abstract（参考訳）: 量子ルータ(QRouter)は、バケットブリガド量子ランダムアクセスメモリ(QRAM)の重要なコンポーネントであり、Groverの検索や量子機械学習のような量子アプリケーションを可能にする。 理論上の大きな進歩にもかかわらず、スケーラブルでコヒーレントなQRouterの実現は実験的に難しいままである。 本稿では、超伝導量子プロセッサを用いたコヒーレント量子ルータを実証し、スケーラブルQRAMシステムのための実用的な基盤を構築した。 実装の核となる量子ルータは、遷移複合ゲート(TCG)方式を用い、補助エネルギー準位は、従来のゲート分解と比較して回路深さを著しく減らし、条件付き相互作用を一時的に仲介する。 さらに、非アジャセントキュートレットのルーティングアドレスを$|0\rangle$と$|2\rangle$で符号化することで、本質的に消去器検出機能を実現し、ルーティングエラーを緩和するための効率的なポストセレクションを提供する。 実験では,最大95.74%のQRouterフィリティを達成し,平均82.40%の忠実度を達成する2層量子ルーティングネットワークを用いてスケーラビリティを検証する。 我々の成果は量子ルーティング技術の大幅な進歩を示し、将来のQRAMや大規模量子コンピューティングアーキテクチャの開発に欠かせない拡張忠実性、組込みエラーレジリエンス、実用的なスケーラビリティを提供する。

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