論文の概要: Highly resilient, error-protected quantum gates in a solid-state quantum network node

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.05322v1
• Date: Thu, 04 Dec 2025 23:41:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-13 22:40:56.84376
• Title: Highly resilient, error-protected quantum gates in a solid-state quantum network node
• Title（参考訳）: 固体量子ネットワークノードにおける高弾力・エラー保護量子ゲート
• Authors: E. Poem, M. I. Cohen, S. Blum, D. Minin, D. Korn, O. Heifler, S. Maayani, A. Hamo, I. Bayn, N. Bar-Gill, M. Tordjman,
• Abstract要約: 固体量子ネットワークノードにおける誤り保護量子ゲートの開発と実験的検討を行った。 1ゲートあたりの2ビット誤差は、99.9988%の忠実度に対応し、1ゲートあたり1.2倍の10-5$という記録的な2ビット誤差を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: High-fidelity quantum gates are a cornerstone of any quantum computing and communications architecture. Realizing such control in the presence of realistic errors at the level required for beyond-threshold quantum error correction is a long-standing challenge for all quantum hardware platforms. Here we theoretically develop and experimentally demonstrate error-protected quantum gates in a solid-state quantum network node. Our work combines room-temperature randomized benchmarking with a new class of composite pulses that are simultaneously robust to frequency and amplitude, affecting random and systematic errors. We introduce Power-Unaffected, Doubly-Detuning-Insensitive Gates (PUDDINGs) -- a theoretical framework for constructing conditional gates with immunity to both amplitude and frequency errors. For single-qubit and two-qubit CNOT gate demonstrations in a solid-state nitrogen-vacancy (NV) center in diamond, we systematically measure an improvement in the error per gate up to a factor of 9. By projecting the application of PUDDING to cryogenic temperatures we show a record two-qubit error per gate of $1.2 \times 10^{-5}$, corresponding to a fidelity of $99.9988\%$, far below the thresholds required by surface and color code error correction. These results present viable building blocks for a new class of fault-tolerant quantum networks and represent the first experimental realization of error-protected conditional gates in solid-state systems.
• Abstract（参考訳）: 高忠実度量子ゲートは、あらゆる量子コンピューティングと通信アーキテクチャの基盤となっている。 このような制御を現実的なエラーの存在下で実現することは、すべての量子ハードウェアプラットフォームにおいて長年の課題である。 ここでは、固体量子ネットワークノードにおけるエラー保護量子ゲートを理論的に開発し、実験的に実証する。 我々の研究は、室温ランダム化ベンチマークと、周波数と振幅に対して同時に堅牢な新しい種類の複合パルスを組み合わせることで、ランダムおよび系統的エラーに影響を及ぼす。 我々は、振幅と周波数の誤差の両方に免疫のある条件付きゲートを構築するための理論的枠組みであるPUDDING(Power-Unaffected, Doubly-Detuning-Insensitive Gates)を紹介する。 ダイヤモンドの固体窒素空洞(NV)中心における単一量子および2量子CNOTゲートの実証では, ゲート当たりの誤差が9。 低温へのPUDdingの適用を予測することにより、1ゲートあたりの2ビット誤差は1.2 \times 10^{-5}$で、その忠実度は99.9988\%$で、表面およびカラーコードエラーの補正に必要なしきい値よりはるかに低い。 これらの結果は、新しいフォールトトレラント量子ネットワークのための実行可能なビルディングブロックを示し、固体系においてエラー保護された条件付きゲートを初めて実験的に実現したことを示す。

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