論文の概要: Color it, Code it, Cancel it: k-local dynamical decoupling from classical additive codes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.08213v1
• Date: Mon, 11 Aug 2025 17:34:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-12 21:23:29.237575
• Title: Color it, Code it, Cancel it: k-local dynamical decoupling from classical additive codes
• Title（参考訳）: 色付け,コード化,Cancel: 古典的な加法符号からのk-ローカルな動的分離
• Authors: Minh T. P. Nguyen, Maximilian Rimbach-Russ, Stefano Bosco,
• Abstract要約: 本稿では、時間最適、選択的に調整されたシーケンスを構築するための一般的なフレームワークを紹介する。 我々のアプローチは、様々な量子ビットプラットフォームにまたがるコンパクトでハードウェアに適したシーケンスを可能にする。 これにより、量子コンピューティングとシミュレーションの幅広い応用が開かれる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Dynamical decoupling is a central technique in quantum computing for actively suppressing decoherence and systematic imperfections through sequences of single-qubit operations. Conventional sequences typically aim to completely freeze system dynamics, often resulting in long protocols whose length scales exponentially with system size. In this work, we introduce a general framework for constructing time-optimal, selectively-tailored sequences that remove only specific local interactions. By combining techniques from graph coloring and classical coding theory, our approach enables compact and hardware-tailored sequences across diverse qubit platforms, efficiently canceling undesired Hamiltonian terms while preserving target interactions. This opens up broad applications in quantum computing and simulation. At the core of our method is a mapping between dynamical decoupling sequence design and error-detecting codes, which allows us to leverage powerful coding-theoretic tools to construct customized sequences. To overcome exponential overheads, we exploit symmetries in colored interaction hypergraphs, extending graph-coloring strategies to arbitrary many-body Hamiltonians. We demonstrate the effectiveness of our framework through concrete examples, including compact sequences that suppress residual ZZ and ZZZ interactions in superconducting qubits and Heisenberg exchange coupling in spin qubits. We also show how it enables Hamiltonian engineering by simulating the anisotropic Kitaev honeycomb model using only isotropic Heisenberg interactions.
• Abstract（参考訳）: 動的デカップリング(Dynamical decoupling)は、量子コンピューティングにおいて、単一量子ビット演算のシーケンスを通して、デコヒーレンスと系統的不完全性を積極的に抑制する中心的な手法である。 従来のシーケンスは通常、システムダイナミクスを完全に凍結することを目的としており、多くの場合、長さがシステムサイズと指数関数的にスケールする長いプロトコルが生じる。 本研究では,特定の局所的相互作用のみを除去する時間的,選択的に調整されたシーケンスを構築するための一般的なフレームワークを提案する。 グラフカラーリングと古典的符号化理論の技法を組み合わせることで、様々な量子ビットプラットフォームにまたがるコンパクトかつハードウェア化されたシーケンスを可能にし、ターゲットの相互作用を保ちながら、望ましくないハミルトン項を効率的にキャンセルする。 これにより、量子コンピューティングとシミュレーションの幅広い応用が開かれる。 提案手法のコアとなるのは,動的デカップリングシーケンス設計と誤り検出符号のマッピングである。 指数的オーバーヘッドを克服するために、色付き相互作用ハイパーグラフの対称性を利用し、グラフ彩色戦略を任意の多体ハミルトニアンに拡張する。 超伝導量子ビットにおける残留ZZとZZZの相互作用を抑制するコンパクトシーケンスやスピン量子ビットにおけるハイゼンベルク交換結合など、具体的な例によるフレームワークの有効性を実証する。 また, 等方性ハイゼンベルク相互作用のみを用いて, 異方性キタエフハニカムモデルをシミュレートすることにより, ハミルトン工学を実現する方法を示す。

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