論文の概要: Maximizing the nondemolition nature of a quantum measurement via an adaptive readout protocol

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.10978v1
• Date: Fri, 14 Nov 2025 05:52:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-17 22:42:18.442059
• Title: Maximizing the nondemolition nature of a quantum measurement via an adaptive readout protocol
• Title（参考訳）: 適応的読み出しプロトコルによる量子計測の非破壊特性の最大化
• Authors: Arjen Vaartjes, Rocky Yue Su, Laura A. O'Neill, Paul Steinacker, Gauri Goenka, Mark R. van Blankenstein, Xi Yu, Benjamin Wilhelm, Alexander M. Jakob, Fay E. Hudson, Kohei M. Itoh, Chih Hwan Yang, Andrew S. Dzurak, David N. Jamieson, Martin Nurizzo, Danielle Holmes, Arne Laucht, Andrea Morello,
• Abstract要約: 量子エラー補正(QEC)は、フォールトトレラント量子コンピューティングの非侵襲的な測定を必要とする。 正の結果の後,$D-1$残余部分空間のみを探索する$D-$dimensionalシステムのためのプロトコルを開発する。 この戦略は、ハミルトニアンを摂動しない負の反則測定結果に依存することにより、測定誘起誤差を最小化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.661156827387043
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum error correction (QEC) requires non-invasive measurements for fault tolerant quantum computing. Deviations from ideal quantum non-demolition (QND) measurements can disturb the encoded information. To address this challenge, we develop a readout protocol for a $D-$dimensional system that, after a single positive outcome, switches to probing only the $D{-}1$ remaining subspace. This adaptive switching strategy minimizes measurement-induced errors by relying on negative-result measurement results that do not perturb the Hamiltonian. We apply the protocol on an 8-dimensional $^{123}{\rm Sb}$ nuclear qudit in silicon, and achieve an increase in the readout fidelity from $(98.93\pm0.07)\%$ to $(99.61\pm0.04)\%$, while reducing threefold the overall readout time. To highlight the broader relevance of measurement-induced errors, we study a 10-dimensional $^{73}{\rm Ge}$ nuclear spin read out through Pauli spin blockade, revealing nuclear spin flips arising from hyperfine and quadrupole interactions. These results unveil the effect of non-ideal QND readout across diverse platforms, and introduce an efficient readout protocol that can be implemented with minimal FPGA logic on existing hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子エラー補正(QEC)は、フォールトトレラント量子コンピューティングの非侵襲的な測定を必要とする。 理想的な量子非破壊測定(QND)からの逸脱は、符号化された情報を妨害する可能性がある。 この課題に対処するため, 1 つの正の結果を得た後,$D{-}1$ の部分空間のみを探索する$D-$次元システムの読み出しプロトコルを開発した。 この適応スイッチング戦略は、ハミルトニアンを摂動しない負の反則測定結果に依存することにより、測定誘起誤差を最小化する。 このプロトコルをシリコン中の8次元の$^{123}{\rm Sb}$ nuclear quditに適用し、総読み出し時間を3倍に抑えながら、$(98.93\pm0.07)\%$から$(99.61\pm0.04)\%$に読み出しフィディリティを向上する。 測定誘起誤差のより広い関連性を明らかにするため,パウリのスピン遮断から読み出した10次元の$^{73}{\rm Ge}$核スピンについて検討し,超微細・四重極相互作用による核スピンフリップを明らかにする。 これらの結果は、様々なプラットフォームにわたる非理想的QND読み出しの効果を明らかにし、既存のハードウェアに最小のFPGAロジックで実装可能な効率的な読み出しプロトコルを導入する。

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