論文の概要: A Hardware-Efficient Mølmer-Sørensen Gate for Superconducting Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.07352v1
- Date: Wed, 08 Oct 2025 12:33:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-10 17:54:14.633002
- Title: A Hardware-Efficient Mølmer-Sørensen Gate for Superconducting Quantum Computers
- Title（参考訳）: 超伝導量子コンピュータのためのハードウェア効率の良いMølmer-Sørensenゲート
- Authors: M. AbuGhanem,
- Abstract要約: モルマー・ソレンセン門(Molmer-Sorensen gate)は、閉じ込められたイオン系における岩盤の絡み合いである。
本稿では,IBM Quantumの超伝導プロセッサ上でのMolmer-Sorensenゲートの実装について述べる。
- 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: The M{\o}lmer-S{\o}rensen gate, a cornerstone entangling operation in trapped-ion systems, represents a promising alternative to standard entangling gates in superconducting quantum architectures. However, its performance on superconducting hardware has remained unverified. In this work, we present a hardware-efficient implementation of the M{\o}lmer-S{\o}rensen gate and characterize its performance using quantum process tomography (QPT) on IBM Quantum's superconducting processors. Our implementation achieves a process fidelity of 92.47\% on the real quantum hardware, a performance competitive with the 93.02\% fidelity of the device's native controlled-NOT (CX) gate. Furthermore, for the $|00\rangle$ input state, the gate prepares the target Bell state with $94.2\%$ success probability, confirming its correct logical operation. These results demonstrate that non-native entangling gates can be optimized to perform on par with hardware-native operations. This work expands the effective gate set for algorithm design on fixed-architecture processors and provides a critical benchmark for cross-platform gate evaluation, underscoring the role of hardware-aware compilation in advancing noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computing.
- Abstract（参考訳）: M{\o}lmer-S{\o}rensenゲートは、閉じ込められたイオン系における接地操作であり、超伝導量子アーキテクチャにおける標準的な接地ゲートの代替となる。
しかし、超伝導ハードウェアの性能は未検証のままである。
本稿では,M{\o}lmer-S{\o}rensenゲートをハードウェア効率よく実装し,その性能をIBM Quantumの超伝導プロセッサ上で量子プロセストモグラフィー(QPT)を用いて評価する。
我々の実装では、実際の量子ハードウェア上で92.47\%のプロセス忠実度を実現し、デバイスのネイティブ制御NOT(CX)ゲートの93.02\%の忠実度と競合する性能を実現している。
さらに、$|00\rangle$入力状態の場合、ゲートは目標ベル状態に94.2\%の確率で準備し、正しい論理演算を確認する。
これらの結果は、非ネイティブなエンタングゲートがハードウェアネイティブ操作と同等に動作するように最適化できることを実証している。
この研究は、固定アーキテクチャプロセッサ上でのアルゴリズム設計のための効果的なゲートセットを拡張し、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)コンピューティングにおけるハードウェア・アウェア・コンパイルの役割を裏付ける、クロスプラットフォームゲート評価のための重要なベンチマークを提供する。
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