論文の概要: Multi-Qubit Gates by Dynamical Decoupling Implemented with IBMQ and 15NV Center in Diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.22107v1
- Date: Fri, 26 Sep 2025 09:26:55 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-29 20:57:54.332992
- Title: Multi-Qubit Gates by Dynamical Decoupling Implemented with IBMQ and 15NV Center in Diamond
- Title（参考訳）: IBMQと15NV中心をダイヤモンドに実装した動的デカップリングによるマルチクビットゲート
- Authors: Lucas Tsunaki, Michael Dotan, Kseniia Volkova, Boris Naydenov,
- Abstract要約: ターゲット量子ビットに結合された中心量子ビットに印加された動的デカップリング(DD)パルス列を用いて高速な高忠実なマルチキュービットゲートを実現するためのプロトコルを示す。
このようにして、中心量子ビットとの本質的な相互作用を活用することにより、ターゲット量子ビットの状態を制御することができる。
この研究は、量子制御のための堅牢なハードウェアに依存しない戦略を提供し、中心ターゲットの量子ビット記述に適合する任意のシステムで実装することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: We demonstrate a general protocol for realizing fast high-fidelity multi-qubit gates, through dynamical decoupling (DD) pulse sequences applied to a central qubit coupled to target qubits. This way, we are able to control the states of the target qubits by leveraging their intrinsic interaction with the central qubit, eliminating the need for slow error-prone direct control. The DD-gate protocol is developed and experimentally implemented within two distinct frameworks: a hardware-agnostic model with minimal assumptions, benchmarked within a general-purpose digital quantum simulator given by the IBMQ; and an experimentally realistic case with nitrogen-15 vacancy center ($^{15}$NV) in diamond. Likewise, we are able to thoroughly characterize the quantum mechanical dynamics behind the multi-qubit gates within IBMQ, without many of the experimental constraints faced by other quantum systems. While at the same time, we establish the protocol for the $^{15}$NV system, considering its specific properties. The DD-gates with $^{15}$NVs can represent a significant reduction in gate times and improved technological scalability, compared to current methods of target qubit control using dynamical decoupling. In addition, we propose a simple application of the method for high-efficiency polarization generation of the $^{15}$N nuclear spin. All experimental findings are supported by comprehensive open-source simulations in the two distinct frameworks. This work provides a robust hardware-agnostic strategy for quantum control, which can be implemented with arbitrary systems that fit the central-target qubits description. Thus, marking an essential step in technological scalability of future quantum devices.
- Abstract（参考訳）: ターゲット量子ビットに結合された中心量子ビットに印加される動的デカップリング(DD)パルスシーケンスを用いて、高速な高忠実なマルチキュービットゲートを実現するための一般的なプロトコルを実証する。
このようにして、中心量子ビットとの本質的な相互作用を利用してターゲット量子ビットの状態を制御することができ、エラーを起こしやすい直接制御が不要になる。
DDゲートプロトコルは、最小限の仮定を持つハードウェアに依存しないモデルで、IBMQによって与えられる汎用デジタル量子シミュレータ内でベンチマークされ、ダイヤモンド中の窒素-15空洞中心(^{15}$NV)を持つ実験的に現実的なケースである。
同様に、他の量子系が直面する実験的な制約の多くを伴わずに、IBMQ内のマルチキュービットゲートの背後にある量子力学力学を徹底的に特徴づけることができる。
同時に,その特性を考慮した$^{15}$NVシステムのプロトコルを確立する。
DD-gates with $^{15}$NVs は、動的デカップリングを用いた現在のターゲット量子ビット制御法と比較して、ゲート時間を大幅に削減し、技術的スケーラビリティを向上させることができる。
さらに,$^{15}$N核スピンの高効率偏極生成法を提案する。
すべての実験結果は、2つの異なるフレームワークにおける包括的なオープンソースシミュレーションによって支えられている。
この研究は、量子制御のための堅牢なハードウェアに依存しない戦略を提供し、中心ターゲットの量子ビット記述に適合する任意のシステムで実装することができる。
したがって、将来の量子デバイスの技術的スケーラビリティにおける重要なステップをマークする。
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