論文の概要: Parallel Quantum Gates via Scalable Subsystem-Optimized Robust Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.01990v1
• Date: Mon, 05 Jan 2026 10:50:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-06 16:25:23.023464
• Title: Parallel Quantum Gates via Scalable Subsystem-Optimized Robust Control
• Title（参考訳）: スケーラブルサブシステム最適化ロバスト制御による並列量子ゲート
• Authors: Xiaodong Yang, Ran Liu, Jun Li,
• Abstract要約: クォービット間のクロストークは、高いゲートの忠実さの達成を妨げ、ヒルベルト空間の完全な最適化を違法に困難にする。 そこで本研究では,一定サイズのサブシステムに対するクロストーク・ロバスト制御に対する全システム最適化の削減により,この問題を克服する。 本枠組みでは,並列単一キュービットゲートの解析パルス解と並列多キュービット演算のための数値パルスを構築する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.72599396930123
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: Accurate and efficient implementation of parallel quantum gates is crucial for scalable quantum information processing. However, the unavoidable crosstalk between qubits in current noisy processors impedes the achievement of high gate fidelities and renders full Hilbert-space control optimization prohibitively difficult. Here, we overcome this challenge by reducing the full-system optimization to crosstalk-robust control over constant-sized subsystems, which dramatically reduces the computational cost. Our method effectively eliminates the leading-order gate operation deviations induced by crosstalk, thereby suppressing error rates. Within this framework, we construct analytical pulse solutions for parallel single-qubit gates and numerical pulses for parallel multi-qubit operations. We validate the proposed approach numerically across multiple platforms, including coupled nitrogen-vacancy centers, a nuclear-spin processor, and superconducting-qubit arrays with up to 200 qubits. As a result, the noise scaling is reduced from exponential to linear for parallel single-qubit gates, and an order-of-magnitude reduction is achieved for parallel multi-qubit gates. Moreover, our method does not require precise knowledge of crosstalk strengths and makes no assumption about the underlying qubit connectivity or lattice geometry, thereby establishing a scalable framework for parallel quantum control in large-scale quantum architectures.
• Abstract（参考訳）: 並列量子ゲートの正確かつ効率的な実装は、スケーラブルな量子情報処理に不可欠である。 しかし、現在のノイズプロセッサにおける量子ビット間の避けられないクロストークは、高いゲート忠実さの達成を妨げ、ヒルベルト空間の完全な最適化を違法に困難にする。 本稿では,一定サイズのサブシステムに対するクロストーク・ロバスト制御に対する全システム最適化を削減し,計算コストを大幅に削減することで,この問題を克服する。 本手法は,クロストークによって誘導される先行ゲート動作のずれを効果的に除去し,エラー率を抑制する。 本枠組みでは,並列単一キュービットゲートの解析パルス解と並列多キュービット演算のための数値パルスを構築する。 提案手法は, 窒素空孔中心, 核スピンプロセッサ, 最大200量子ビットの超伝導量子ビットアレイなど, 複数プラットフォームにまたがって数値的に検証される。 その結果, 並列単一量子ゲートにおいて, ノイズスケーリングは指数関数から線形に減少し, 並列多ビットゲートでは次列化が達成される。 さらに,提案手法はクロストーク強度の正確な知識を必要とせず,基礎となる量子ビット接続性や格子幾何学を前提とせず,大規模量子アーキテクチャにおける並列量子制御のためのスケーラブルなフレームワークを確立する。

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