論文の概要: Experimental characterization of the Toffoli gate via channel spectrum benchmarking
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20545v1
- Date: Tue, 23 Dec 2025 17:38:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-24 19:17:49.95326
- Title: Experimental characterization of the Toffoli gate via channel spectrum benchmarking
- Title（参考訳）: チャネルスペクトルベンチマークによるトフォリゲートの実験的評価
- Authors: D. K. Korliakov, B. I. Bantysh, A. S. Borisenko, I. V. Zalivako, E. O. Kiktenko,
- Abstract要約: チャネルスペクトルベンチマーク(CSB)は、量子ゲートの忠実さを特徴付けるための堅牢なフレームワークを提供する。
本研究では,拡張CSBモデルと,目標ゲートの忠実度を間隔値で推定するFEI(fidelity estimate interval)を導入する。
さらに,3量子ビットトフォリゲートの2つの実装をベンチマークすることで,トラップイオン量子プロセッサ上でのプロトコルの検証を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Channel spectrum benchmarking (CSB) provides a robust framework for characterizing quantum gate fidelities while remaining insensitive to state preparation and measurement (SPAM) errors. Yet, current CSB implementations encounter fundamental challenges when reconstructing noisy eigenvalues, particularly in the presence of spectral degeneracies and off-diagonal noise components in the target gate's eigenbasis. These issues become especially pronounced in the strong noise regime for gates with fidelities around $90\%$. To address these limitations, we introduce an extended CSB model together with a fidelity estimate interval (FEI) -- an interval-valued estimate of the target gate fidelity. Numerical simulation demonstrates that FEI remains sufficiently narrow, with its midpoint reliably approximating the true fidelity. We further validate the protocol on a trapped-ion quantum processor by benchmarking two implementations of the three-qubit Toffoli gate. The results reveal a clear advantage of the qutrit-based implementation over its qubit-based counterpart.
- Abstract（参考訳）: チャネルスペクトルベンチマーク(CSB)は、状態準備と測定(SPAM)エラーに敏感でありながら、量子ゲートの忠実さを特徴づける堅牢なフレームワークを提供する。
しかし、現在のCSB実装はノイズ固有値の再構成において、特にターゲットゲートの固有ベイジにおけるスペクトル退化と外対角雑音成分の存在において、根本的な課題に直面している。
これらの問題は、フィデリティを持つゲートの強いノイズレギュレーションにおいて特に顕著になる。
これらの制約に対処するために,拡張CSBモデルと,目標ゲート忠実度を間隔値で推定するFEI(fidelity estimate interval)を導入する。
数値シミュレーションにより、FEIは十分狭いままであり、その中間点は真の忠実さを確実に近似していることが示される。
さらに,3量子ビットトフォリゲートの2つの実装をベンチマークすることで,トラップイオン量子プロセッサ上でのプロトコルの検証を行う。
その結果、qubitベースの実装よりも、qutritベースの実装の明確な利点が明らかとなった。
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