論文の概要: Efficient Implementation of a Single-Qutrit Gate Set via Coherent Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.06860v1
• Date: Wed, 09 Jul 2025 14:01:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-10 17:37:43.611349
• Title: Efficient Implementation of a Single-Qutrit Gate Set via Coherent Control
• Title（参考訳）: コヒーレント制御による単一量子ゲートセットの効率的な実装
• Authors: Xiang-Min Yu, Xiang Deng, Wen Zheng, Wei Xin, Tao Zhang, Hanxin Che, Kun Zhou, Haoyu Zhou, Yangyang Ge, Zhenchuan Zhang, Wanli Huang, Haoyang Cai, Xianke Li, Jie Zhao, Xinsheng Tan, Yu Zhang, Shao-Xiong Li, Yang Yu,
• Abstract要約: 我々はコヒーレント制御による単一量子ゲートセットの効率的な実装のための新しいフレームワークを開発する。 実証実験として、超伝導トランスモンを用いて35nsのアダマールとXゲートを実現し、99.5%の平均忠実度を達成した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.533850128644943
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Qutrit offers the potential for enhanced quantum computation by exploiting an enlarged Hilbert space. However, the synthesis of high-fidelity and fast qutrit gates, particularly for single qutrit, remains an ongoing challenge, as it involves overcoming intrinsic constraints in quantum platforms. Here, we develop a novel framework for the efficient implementation of a single-qutrit gate set via coherent control, leveraging SU(3) dynamics while obviating platform-specific constraints such as arising from the selection rule. As a proof-of-principle demonstration, we realize 35 ns qutrit Hadamard and X gates using a superconducting transmon, achieving an average fidelity of 99.5\%, as verified by randomized benchmarking. We further demonstrate two paradigmatic quantum circuits, which can be naturally extended to scalable qudit algorithms for phase estimation and parity check. By addressing the challenge of efficiently implementing single-qutrit gates, our protocol paves the pathway for realizing high-performance qutrit processors in diverse quantum platforms.
• Abstract（参考訳）: Qutrit は拡大されたヒルベルト空間を利用する量子計算の強化のポテンシャルを提供する。 しかし、高忠実かつ高速なクォートゲート、特に単一クォートゲートの合成は、量子プラットフォームにおける本質的な制約を克服することに関わるため、現在も進行中の課題である。 本稿では,コヒーレント制御による単一量子ゲートセットの効率的な実装のための新しいフレームワークを開発し,SU(3)のダイナミクスを活用しながら,選択規則から生じるプラットフォーム固有の制約を回避した。 実証実験として, 超伝導トランスモンを用いて35nsのアダマールゲートとXゲートを実現し, ランダム化ベンチマークにより平均忠実度99.5\%を達成した。 さらに、位相推定とパリティチェックのために、スケーラブルなキュートアルゴリズムに自然に拡張できる2つのパラダイム量子回路を実証する。 単一量子ゲートを効率よく実装することの課題に対処することで、我々のプロトコルは様々な量子プラットフォームで高性能な量子キュートプロセッサを実現するための経路を開拓する。

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