論文の概要: Simulation of one and two qubit superconducting quantum gates under the non-Markovian $1/f$ noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.07693v1
- Date: Tue, 09 Sep 2025 12:57:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-10 14:38:27.317945
- Title: Simulation of one and two qubit superconducting quantum gates under the non-Markovian $1/f$ noise
- Title（参考訳）: 非マルコフ的1/f$雑音下での1と2つの量子ビット超伝導量子ゲートのシミュレーション
- Authors: Yinjia Chen, Shuocang Zhang, Qiang Shi,
- Abstract要約: 我々は,1/f$の雑音下での量子ビット力学とゲート演算の効率的かつ信頼性の高いモデリングを可能にする階層型運動方程式(HEOM)フレームワークを開発した。
その結果,超伝導回路の環境騒音をシミュレーションするための強靭な手法としてHEOMが確立された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.45880283710344066
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Non-Markovian $1/f$ noise consists a dominant source of decoherence in superconducting qubits, yet its slow nature poses a significant challenge for accurate simulation. Here we develop a hierarchical equations of motion (HEOM) framework that enables efficient and reliable modeling of qubit dynamics and gate operations under $1/f$ noise. By using the approach, it is first shown that perturbative quantum master equations may fail to reproduce the correct dephasing dynamics of a qubit coupled to slow baths. We then analyze dynamical decoupling sequences by including effects of finite pulse duration. It is found that different pulse sequences results in different behavior in error accumulation: all X-CPMG sequences exhibit linear scaling with parity effects, Y-CPMG follows quadratic growth, and alternating XY-type sequences can suppress the error accumulation significantly. Finally, we extend the framework to two-qubit cross-resonance (CR) gates, reconstructing the full Choi matrix and Pauli Transfer Matrix (PTM) to identify the incoherent error induced by $1/f$ noise. Together, these results establish HEOM as a robust methodology for simulating the environmental noise in superconducting circuits and provide new insights into error mechanisms in both single- and two-qubit gates.
- Abstract（参考訳）: 非マルコフの1/f$ノイズは超伝導量子ビットにおけるデコヒーレンスの主要な源であるが、その遅い性質は正確なシミュレーションに重大な課題をもたらす。
そこで我々は,1/f$雑音下での量子ビット力学およびゲート演算の効率的かつ信頼性の高いモデリングを可能にする階層型運動方程式(HEOM)フレームワークを開発した。
この手法を用いることにより、摂動的量子マスター方程式は、遅い浴に結合した量子ビットの正しい退化ダイナミクスを再現できない可能性があることが最初に示されている。
次に、有限パルス持続時間の影響を含め、動的デカップリングシーケンスを解析する。
すべてのX-CPMG配列はパリティ効果を持つ線形スケーリングを示し、Y-CPMGは2次成長に従い、交互にXY型シーケンスはエラー蓄積を著しく抑制できる。
最後に,Choi行列とPauli Transfer Matrix (PTM)を再構成し,1/f$ノイズによる不整合誤差を同定する。
これらの結果は、超伝導回路の環境騒音をシミュレーションするための堅牢な方法論としてHEOMを確立し、単一および2量子ゲートのエラー機構に関する新たな知見を提供する。
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