論文の概要: Speed limits of two-qutrit gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.07742v1
• Date: Thu, 09 Oct 2025 03:30:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-10 17:54:14.845661
• Title: Speed limits of two-qutrit gates
• Title（参考訳）: 2量子ゲートの速度限界
• Authors: Bora Basyildiz, Zhexuan Gong, Sahel Ashhab,
• Abstract要約: 本研究では,三段CZゲートの速度限界について検討する。 最適制御理論手法を用いてCZゲートプロトコルを生成する。 従来の量子速度制限法を用いて,量子CZゲートの解析速度限界を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0923877073891444
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The speed of elementary quantum gates sets a limit on the speed at which quantum circuits can be applied and, as a result, the size of the computations that can be performed on a quantum computer. This limitation stems from the fact that present-day quantum hardware systems have finite coherence times that limit the total computation time. The speeds of qubit gates in various hardware settings have been well studied over the past few decades. The recent interest in multi-level quantum systems naturally creates a need for similar investigations of the speeds of multi-level or qudit gates. In this work, we perform an empirical study of the speed limit for the three-level or qutrit CZ gate. Our analysis focuses on a theoretical model for capacitively coupled superconducting transmons but can be extended to other systems. We generate CZ gate protocols using optimal control theory techniques and observe when the fidelity crosses certain thresholds. In addition to the empirical approach, we derive an analytical speed limit for the qutrit CZ gate using traditional quantum speed limit techniques. We compare the speed limits derived using these two different approaches and discuss the gap that remains between them. We also compare the time needed to implement the qutrit CZ gate with its qubit counterpart.
• Abstract（参考訳）: 基本量子ゲートの速度は、量子回路が適用可能な速度に制限を設定し、その結果、量子コンピュータで実行できる計算のサイズが制限される。 この制限は、現在の量子ハードウェア系が総計算時間を制限する有限コヒーレンス時間を持つという事実に起因している。 様々なハードウェア設定におけるキュービットゲートの速度は、ここ数十年にわたってよく研究されてきた。 近年のマルチレベル量子システムへの関心は、マルチレベルまたはキューディットゲートの速度に関する同様の調査の必要性を自然に生んでいる。 本研究では,三段CZゲートの速度限界について実験的検討を行った。 本分析は, 静電容量結合型超伝導トランスモンの理論モデルに焦点をあてるが, 他のシステムにも拡張可能である。 我々は最適制御理論を用いてCZゲートプロトコルを生成し、その忠実度が一定の閾値を超えたときに観測する。 経験的アプローチに加えて、従来の量子速度制限技術を用いて、キュートリットCZゲートの解析速度制限を導出する。 これら2つの異なるアプローチを用いて引き起こされた速度制限を比較し、それらの間にあるギャップについて論じる。 また、qutrit CZ ゲートの実装に必要な時間と、qubit ゲートの実装時間を比較する。

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