論文の概要: Exact requirements for battery-assisted qubit gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.11855v2
• Date: Tue, 24 Jun 2025 14:46:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-25 15:36:09.099468
• Title: Exact requirements for battery-assisted qubit gates
• Title（参考訳）: バッテリアシスト量子ビットゲートの具体的な要件
• Authors: Riccardo Castellano, Vasco Cavina, Martí Perarnau-Llobet, Pavel Sekatski, Vittorio Giovannetti,
• Abstract要約: 電池状態の物理的制約の下でのユニタリ欠陥の最小化は、数学的にラグランジアン最適化問題と等価であることを示す。 我々は、エネルギー、二乗エネルギー、レベル数、および量子フィッシャー情報に制約を課し、最も高精度な電池状態を特定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.46603287532620735
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We consider the implementation of a unitary gate on a qubit system S via a global energy-preserving operation acting on S and an auxiliary system B that can be seen as a battery. We derive a simple, asymptotically exact expression for the implementation error as a function of the battery state, which we refer to as the it Unitary Defect. Remarkably, this quantity is independent of the specific gate being implemented, highlighting a universal property of the battery itself. We show that minimizing the unitary defect, under given physical constraints on the battery state, is mathematically equivalent to solving a Lagrangian optimization problem, often corresponding to finding the ground state of a one-dimensional quantum system. Using this mapping, we identify optimal battery states that achieve the highest precision under constraints on energy, squared energy, number of levels and Quantum Fisher Information. Overall, our results provide an efficient method for establishing bounds on the physical requirements needed to implement a unitary gate via energy-preserving operations and for determining the corresponding optimal protocols.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,Sに作用する大域的エネルギー保存操作と,電池と見なせる補助システムBを介して,キュービット系S上のユニタリゲートの実装を検討する。 実装エラーを、単体欠陥(Unitary Defect)と呼ぶバッテリー状態の関数として、シンプルで漸近的に正確な表現を導出する。 注目すべきは、この量は実装中の特定のゲートとは独立しており、バッテリー自体の普遍性を強調していることだ。 電池状態の物理的制約の下でのユニタリ欠陥の最小化は, 1次元量子系の基底状態の発見に対応するラグランジアン最適化問題と数学的に等価であることを示す。 このマッピングを用いて、エネルギー、正方形エネルギー、レベル数、および量子漁業情報に対する制約の下で最も精度の高い電池状態を特定する。 本研究は,エネルギー保存操作による一意ゲートの実装に必要な物理条件のバウンダリを効率的に設定し,対応する最適プロトコルを決定する方法である。

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