論文の概要: Benchmarking Single-Qubit Gates on a Neutral Atom Quantum Processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.06881v1
- Date: Mon, 08 Sep 2025 16:58:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-09 14:07:04.270812
- Title: Benchmarking Single-Qubit Gates on a Neutral Atom Quantum Processor
- Title（参考訳）: 中性原子量子プロセッサにおける単一量子ゲートのベンチマーク
- Authors: Artem Rozanov, Boris Bantysh, Ivan Bobrov, Gleb Struchalin, Stanislav Straupe,
- Abstract要約: 中性原子量子プロセッサ上に実装された単一量子ビットゲートのベンチマーク結果を示す。
単一量子ゲートの場合、DRBの平均忠実度は99.963 pm 0.016%$である。
我々はGSTのゲージ最適化手法を導入し、再構成されたゲート、入力状態、測定値を標準フレームに導入する。
- 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: We present benchmarking results for single-qubit gates implemented on a neutral atom quantum processor using Direct Randomized Benchmarking (DRB) and Gate Set Tomography (GST). The DRB protocol involves preparing stabilizer states, applying $m$ layers of native single-qubit gates, and measuring in the computational basis, providing an efficient error characterization under a stochastic Pauli noise model. GST enables the full, self-consistent reconstruction of quantum processes, including gates, input states, and measurements. Both protocols provide robust to state preparation and measurement (SPAM) errors estimations of gate performance, offering complementary perspectives on quantum gate fidelity. For single-qubit gates, DRB yields an average fidelity of $99.963 \pm 0.016\%$. The protocol was further applied to a 25-qubit array under global single-qubit control. GST results are consistent with those obtained via DRB. We also introduce a gauge optimization procedure for GST that brings the reconstructed gates, input states, and measurements into a canonical frame, enabling meaningful fidelity comparisons while preserving physical constraints. These constraints of the operators -- such as complete positivity and trace preservation -- are enforced by performing the optimization over the Stiefel manifold. The combined analysis supports the use of complementary benchmarking techniques for characterizing scalable quantum architectures.
- Abstract（参考訳）: 我々は、直接ランダム化ベンチマーク(DRB)とゲートセットトモグラフィ(GST)を用いて、中性原子量子プロセッサ上に実装された単一量子ビットゲートのベンチマーク結果を示す。
DRBプロトコルは、安定化器状態を作成し、ネイティブな単一量子ビットゲートの$m$レイヤを適用し、計算ベースで測定し、確率的パウリ雑音モデルの下で効率的なエラー特性を提供する。
GSTは、ゲート、入力状態、測定を含む量子プロセスの完全かつ自己整合的な再構築を可能にする。
両方のプロトコルは、ゲート性能のSPAMエラー推定を堅牢に提供し、量子ゲートの忠実度を補完する視点を提供する。
単一量子ゲートの場合、DRBの平均忠実度は99.963 \pm 0.016\%$である。
このプロトコルは、グローバルな単一キュービット制御の下で25量子アレイにさらに適用された。
GSTの結果はDRBで得られた結果と一致している。
また、GSTのゲージ最適化手法を導入し、再構成されたゲート、入力状態、測定値を標準フレームに導入し、物理的制約を保ちながら有意義な忠実度比較を可能にする。
完全正則性やトレース保存のような作用素のこれらの制約は、スティーフェル多様体上の最適化を実行することによって強制される。
組み合わせ分析は、スケーラブルな量子アーキテクチャを特徴付けるための補完的なベンチマーク技術の使用をサポートする。
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