論文の概要: Accelerating qubit reset through the Mpemba effect

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.03765v1
• Date: Tue, 03 Feb 2026 17:26:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.602082
• Title: Accelerating qubit reset through the Mpemba effect
• Title（参考訳）: Mpemba効果による量子ビットリセットの高速化
• Authors: Théo Lejeune, Miha Papič, John Goold, Felix C. Binder, François Damanet, Mattia Moroder,
• Abstract要約: We exploit the Mpemba effect, designed indicate the faster cooling of hot systems than cooler which。 本稿では,局所的な単一キュービットコヒーレンスを高速にデカイするグローバルな2キュービットコヒーレンスに変換する,単一の絡み合った2キュービットゲートに基づく単純なプロトコルを提案する。 現実的なパラメータでは、標準のパッシブリセットと比較して、我々のプロトコルはリセット時間を最大50%削減できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Passive qubit reset is a key primitive for quantum information processing, whereby qubits are initialized by allowing them to relax to their ground state through natural dissipation, without the need for active control or feedback. However, passive reset occurs on timescales that are much longer than those of gate operations and measurements, making it a significant bottleneck for algorithmic execution. Here, we show that this limitation can be overcome by exploiting the Mpemba effect, originally indicating the faster cooling of hot systems compared to cooler ones. Focusing on the regime where coherence times exceed energy relaxation times ($T_2 > T_1$), we propose a simple protocol based on a single entangling two-qubit gate that converts local single-qubit coherences into fast-decaying global two-qubit coherences. This removes their overlap with the slowest decaying Liouvillian mode and enables a substantially faster relaxation to the ground state. For realistic parameters, we find that our protocol can reduce reset times by up to $50\%$ compared to standard passive reset. We analyze the robustness of the protocol under non-Markovian noise, imperfect coherent control and finite temperature, finding that the accelerated reset persists across a broad range of realistic error sources. Finally, we present an experimental implementation of our protocol on an IQM superconducting quantum processor. Our results demonstrate how Mpemba-like accelerated relaxation can be harnessed as a practical tool for fast and accurate qubit initialization.
• Abstract（参考訳）: パッシブ量子ビットリセットは量子情報処理の鍵となるプリミティブであり、アクティブな制御やフィードバックを必要とせず、自然散逸を通じて基底状態に緩和することで量子ビットを初期化する。 しかし、パッシブリセットはゲート操作や測定よりもはるかに長い時間スケールで発生し、アルゴリズムの実行において重要なボトルネックとなる。 ここでは,Mpemba効果を有効利用することにより,この制限を克服できることを示す。 我々は、コヒーレンス時間がエネルギー緩和時間(T_2 > T_1$)を超える状況に着目し、局所的な単一量子コヒーレンスを高速に分解するグローバルな2量子コヒーレンスに変換する単一の絡み合った2量子ゲートに基づく単純なプロトコルを提案する。 これにより、最も遅く崩壊するリウヴィリアモードとの重なりを取り除き、基底状態へのかなり速い緩和を可能にする。 現実的なパラメータでは、我々のプロトコルは標準のパッシブリセットに比べて最大50\%のリセット時間を短縮できる。 非マルコフノイズ、不完全コヒーレント制御、有限温度下でのプロトコルのロバスト性を分析し、加速されたリセットが広範囲の現実的エラー源で持続することを発見した。 最後に、IQM超伝導量子プロセッサ上でのプロトコルの実験的実装について述べる。 本研究は, 高速かつ高精度な量子ビット初期化手法として, Mpemba様の加速緩和が有効であることを示すものである。

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