論文の概要: Robust Control of High-dimensional Quantum Systems against Coherent and Incoherent Errors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.18590v1
• Date: Mon, 23 Jun 2025 12:50:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 19:06:36.981728
• Title: Robust Control of High-dimensional Quantum Systems against Coherent and Incoherent Errors
• Title（参考訳）: 高次元量子系のコヒーレントおよび非コヒーレント誤差に対するロバスト制御
• Authors: Yidian Fan, Re-Bing Wu,
• Abstract要約: 量子システムの制御は、パラメトリック不確実性によって引き起こされるコヒーレントエラーと、環境デコヒーレンスによって引き起こされる非コヒーレントエラーの両方に対して堅牢である必要がある。 これは、制御設計プロセスに関わる計算強度のため、高次元システムにとって大きな課題となる。 設計効率を向上させるための体系的な枠組みを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Toward scalable quantum computing, the control of quantum systems needs to be robust against both coherent errors induced by parametric uncertainties and incoherent errors induced by environmental decoherence. This poses significant challenges for high-dimensional systems due to the computational intensity involved in the control design process. In this paper, we propose a systematic framework to improve the design efficiency. By employing the Taylor series expansion of uncertain parameters, the problem of robust control for an uncertain quantum system is reformulated as the optimal control problem of an augmented deterministic system. The Suzuki-Trotter expansion is then applied to accelerate the calculation of the system dynamics. Numerical simulations of quantum state preparation and quantum gate synthesis demonstrate that the proposed algorithm can successfully identify robust solutions in multi-qubit systems. The enhanced efficiency effectively extends the feasibility of high-order robust control for realistic high-dimensional quantum systems with multiple error sources.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルな量子コンピューティングに向けて、量子システムの制御は、パラメトリック不確実性によって引き起こされるコヒーレントなエラーと、環境デコヒーレンスによって引き起こされる非コヒーレントなエラーの両方に対して堅牢である必要がある。 これは、制御設計プロセスに関わる計算強度のため、高次元システムにとって大きな課題となる。 本稿では,設計効率を向上させるための体系的枠組みを提案する。 不確実なパラメータのテイラー級数展開を利用することで、不確実な量子系のロバスト制御の問題は、拡張決定論システムの最適制御問題として再定義される。 次に、スズキ・トロッター展開を適用し、系の力学の計算を高速化する。 量子状態準備と量子ゲート合成の数値シミュレーションにより、提案アルゴリズムはマルチキュービット系におけるロバストな解の同定に成功していることを示す。 拡張効率は、複数のエラー源を持つ現実的な高次元量子システムに対する高次ロバスト制御の実現性を効果的に拡張する。

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