論文の概要: Fast CZ Gate via Energy-Level Engineering in Superconducting Qubits with a Tunable Coupler

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.09461v2
• Date: Tue, 14 Oct 2025 11:48:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-15 14:23:56.899318
• Title: Fast CZ Gate via Energy-Level Engineering in Superconducting Qubits with a Tunable Coupler
• Title（参考訳）: チューナブルカップラーを用いた超電導量子ビットのエネルギーレベル工学による高速CZゲート
• Authors: Benzheng Yuan, Chaojie Zhang, Chuanbing Han, Shuya Wang, Peng Xu, Huihui Sun, Qing Mu, Lixin Wang, Bo Zhao, Weilong Wang, Zheng Shan,
• Abstract要約: エネルギーレベル工学による高速制御Z(CZ)ゲートの実装手法を提案する。 数値シミュレーションにより17 nsの非断熱CZゲートが99.99%以上の忠実度で達成された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.381205219457184
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In superconducting quantum circuits, decoherence errors in qubits constitute a critical factor limiting quantum gate performance. To mitigate decoherence-induced gate infidelity, rapid implementation of quantum gates is essential. Here we propose a scheme for rapid controlled-Z (CZ) gate implementation through energy-level engineering, which leverages Rabi oscillations between the |11> state and the superposition state in a tunable-coupler architecture. Numerical simulations achieved a 17 ns nonadiabatic CZ gate with fidelity over 99.99%. We further investigated the performance of the CZ gate in the presence of anharmonicity offsets. The results demonstrate that a high-fidelity CZ gate with an error rate below 10^-4 remains achievable even with finite anharmonicity variations. Furthermore, the detrimental impact of spectator qubits in different quantum states on the fidelity of CZ gate is effectively suppressed by incorporating a tunable coupler. This scheme exhibits potential for extending the circuit execution depth constrained by coherence time limitations.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子回路では、量子ビットのデコヒーレンス誤差は量子ゲート性能を制限する重要な要素である。 脱コヒーレンスにより誘導されるゲートの不忠実性を緩和するためには、量子ゲートの迅速な実装が不可欠である。 本稿では, |11> 状態と重畳状態の間のラビ振動を利用するエネルギーレベル工学による高速制御Z(CZ)ゲートの実装手法を提案する。 数値シミュレーションは17 nsの非可逆CZゲートを99.99%以上で達成した。 さらに,無調性オフセットの存在下でのCZゲートの性能について検討した。 その結果,10^-4以下の誤差率を有する高忠実度CZゲートは,有限アンハーモニシティの変動があっても達成可能であることがわかった。 さらに、異なる量子状態におけるオブザーバ量子ビットのCZゲートの忠実度に対する有害な影響は、チューナブルカプラを組み込むことで効果的に抑制される。 このスキームは、コヒーレンス時間制限によって制約された回路実行深度を拡張する可能性を示す。

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