論文の概要: Towards scalable multi-qubit optimal control via interaction decomposition in the diagonal frame

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.18375v1
• Date: Fri, 20 Feb 2026 17:31:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-23 18:01:41.397458
• Title: Towards scalable multi-qubit optimal control via interaction decomposition in the diagonal frame
• Title（参考訳）: 対角フレームにおける相互作用分解によるスケーラブルなマルチキュービット最適制御に向けて
• Authors: Bora Baran, Tommaso Calarco, Matthias M. Mueller, Felix Motzoi,
• Abstract要約: 制御対象を対角フレームで指定できる制御対象の一般的なn-qubitの定式化を導入する。 計算基底状態の対角位相写像として、任意のn-量子ユニタリ変換を表現して、そうする。 独立微分作用素を用いて、支持選択位相不変量を解析的に構築することにより、位相写像に符号化された任意のマルチキュービット相互作用を決定論的に分離し定量化することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In this work, we introduce a general n-qubit formulation of control objectives that allows a control target to be specified in a diagonal frame, so that only the diagonal entries must be characterized, thus quadratically reducing the complexity of the cost functional in constrast to a full target matrix. We do so by representing any n-qubit unitary transformation as a diagonal phase map on the computational basis states, as they are naturally diagonalizable by unitarity. By using discrete derivative operators to analytically construct support-selective phase invariants, we enable to deterministically isolate and quantify any multi-qubit interactions encoded in the phase map. These phase invariants form a coordinate system for the formulation of specific control targets in terms of arbitrary desired multi-qubit interactions, without having to invert the diagonalization during the optimizatiion, solely relying on the experimentally accesible diagonal phases. To illustrate the framework, we synthesize two genuinely tripartite entangling gates, both, diagonal and non-diagonal. These are obtained with a single shaped microwave pulse, for a numerically simulated room-temperature nitrogen-vacancy center with a three qubit nuclear spin register, with durations of about a microsecond. These results represent a factor 10-100 reduction in operation time compared with the fastest existing NV-based entanglers that act on more than two qubits at once.
• Abstract（参考訳）: 本研究では、制御対象を対角線枠で指定できる制御対象の一般的なn-qubit形式を導入し、対角線成分のみを特徴付ける必要があるため、コンストラストのコスト関数の複雑さを全ターゲット行列に2次的に減少させる。 我々は、任意の n-平方ユニタリ変換を計算基底状態上の対角位相写像として表現することで、それらが自然にユニタリ性によって対角化可能である。 独立微分作用素を用いて、支持選択位相不変量を解析的に構築することにより、位相写像に符号化された任意のマルチキュービット相互作用を決定論的に分離し定量化することができる。 これらの位相不変量は、任意の望まれる多ビット相互作用の観点から特定の制御対象を定式化するための座標系を形成し、オプティミザチオン中の対角化を反転させることなく、実験的にアクセシブルな対角相にのみ依存する。 この枠組みを説明するために、2つの真に三分割された門、対角線と非対角線を合成する。 これらは、室温窒素空洞と3キュービットの核スピンレジスタを持つ数値シミュレーション室温窒素空洞のための単一形状のマイクロ波パルスで得られ、その持続時間は1マイクロ秒である。 これらの結果は, 一度に2量子ビット以上で作用する, 既存のNVベースのエンタングルに比べて10～100倍の動作時間を短縮したことを示す。

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