論文の概要: Enhanced Algorithmic Perfect State Transfer on IBM Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.18626v1
• Date: Tue, 26 Aug 2025 03:04:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-27 17:42:38.651559
• Title: Enhanced Algorithmic Perfect State Transfer on IBM Quantum Computers
• Title（参考訳）: IBM量子コンピュータにおけるアルゴリズム完全状態転送の高速化
• Authors: Zong-Yuan Ge, Lian-Ao Wu, Zhao-Ming Wang,
• Abstract要約: スピン鎖を介した完全状態伝達(PST)は、予め設計されたPSTカップリングによって理論的に得ることができる。 IBM量子コンピュータの実験では、ノイズによる伝送成功確率(SP)が低いことが示されている。 本稿では,パウリ誤差,熱緩和,ZZクロストークを含む包括的雑音モデルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.331842589799463
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Perfect state transfer (PST) through a spin chain can be theoretically obtained via predesigned PST couplings. However, the corresponding experiment on IBM quantum computers demonstrates low transmission success probability (SP) due to noises. Using few qubits of their 127-qubit Eagle processors, we perform the simulation of algorithmic PST through an XY spin chain with PST couplings on ibm_sherbrooke and ibm_brisbane processors, alongside Qiskit simulations. The peak SP cannot reach 1 ($\sim$0.725 peak SP for N=4). We then propose a comprehensive noise model including Pauli errors, thermal relaxation ($T_1$) and dephasing ($T_2$), and ZZ crosstalk. Based on the experimental parameters provided by the IBM superconducting quantum computing platform, we perform the Qiskit simulation with the comprehensive noise model, and find that the time evolution of the SP is highly consistent with the experimental results. This simulation yields a peak SP of 0.761 at $\textstyle t\approx\pi/4$, closely matching the results on hardware. To mitigate the impact of noise, we use rescaling techniques to correct noise-induced time shifts and SP decay, achieving an SP improvement of 0.210 (27.60%) in simulators and 0.263 (38.23%) on hardware, aligning hitting times closer to ideal values. Additionally, optimal couplings designed via grid search and refined by Bayesian optimization under the comprehensive noise model achieve an SP improvement of 0.190 (26.21%) in simulators and 0.056 (7.72%) on hardware. Our work highlights challenges in implementing algorithmic PST on current quantum computers, proposes a comprehensive noise model to effectively describe the system dynamics, and provides insights for developing noise-robust quantum communication protocols.
• Abstract（参考訳）: スピン鎖を介した完全状態伝達(PST)は、予め設計されたPSTカップリングによって理論的に得ることができる。 しかし、IBM量子コンピュータでの対応する実験はノイズによる伝送成功確率(SP)が低いことを示す。 ibm_sherbrooke および ibm_brisbane プロセッサ上の PST 結合を持つ XY スピンチェーンによるアルゴリズム PST のシミュレーションを,Qiskit シミュレーションとともに行う。 ピークSPは、N=4に対して1(\sim$0.725)まで到達できない。 次に、パウリ誤差、熱緩和(T_1$)、デフォーカス(T_2$)、ZZクロストークを含む包括的ノイズモデルを提案する。 IBM超伝導量子コンピューティングプラットフォームが提供する実験パラメータに基づいて、包括的ノイズモデルを用いてカイスキットシミュレーションを行い、SPの時間進化が実験結果と非常に一致していることを確認する。 このシミュレーションにより、$\textstyle t\approx\pi/4$のピークSPが0.761になる。 ノイズの影響を緩和するため, ノイズ誘起時間変化とSP減衰の補正に再スケーリング手法を用い, シミュレータで0.210 (27.60%) , ハードウェアで0.263 (38.23%) のSP改善を実現し, 理想的な値に近づいた。 さらに、格子探索によって設計され、ベイジアン最適化により包括的なノイズモデルの下で改良された最適結合は、シミュレータで0.190 (26.21%)、ハードウェアで0.056 (7.72%)のSP改善を実現する。 本研究は,現在の量子コンピュータ上でのアルゴリズムPSTの実装における課題を強調し,システムダイナミクスを効果的に記述するための包括的ノイズモデルを提案し,ノイズロスのある量子通信プロトコルを開発するための洞察を提供する。

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