論文の概要: Experimental characterization of coherent and non-Markovian errors using tangent space decomposition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.20128v1
• Date: Mon, 23 Feb 2026 18:42:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-24 17:42:02.954201
• Title: Experimental characterization of coherent and non-Markovian errors using tangent space decomposition
• Title（参考訳）: 接空間分解を用いたコヒーレントおよび非マルコフ誤差の実験的評価
• Authors: Elia Perego, Andrea Rodriguez-Blanco, K. Birgitta Whaley, Bharath Hebbe Madhusudhana,
• Abstract要約: 量子デバイスにおけるコヒーレントおよび非マルコフ誤差を特徴付けるために,接空間分解に基づく手法を用いる。 トラップされた40$Ca$+$イオン上に実装された単一量子ゲート上で,この手法を実験的に検証した。
• 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: Accurate characterization of coherent and non-Markovian errors remains a central challenge in quantum information processing, as conventional benchmarking techniques typically rely on Markovian and time-independent noise assumptions. In practice, however, quantum devices exhibit both systematic coherent miscalibrations and temporally correlated fluctuations, which complicate error diagnosis and mitigation. Here, we apply a technique based on tangent-space decomposition to characterize such error in single-qubit quantum gates implemented on a trapped ion platform. Small imperfections in a quantum operation are treated as perturbations of the target quantum map, represented as tangent vectors in the space of quantum channels. This formulations enables a natural decomposition of the deviation into three components corresponding to coherent, Markovian and non-Markovian processes.The relative weights of these components provide a quantitative measure of the contribution from each type of error mechanism, directly from a single tomographic snapshot. We experimentally validate this method on a single-qubit gates implemented on a trapped $^{40}$Ca$^+$ ion, where control is achieved through laser-driven optical transitions. By analyzing experimentally reconstructed process matrices, expressed in the Pauli Transfer Matrix and Choi representations, we identify and quantify non-Markovian effects arising from controlled injection of slow fluctuations in the experimental environment. We also characterize deterministic coherent miscalibrations using the same technique. This approach provides a physically transparent and experimentally accessible tool for diagnosing complex error sources in quantum control systems.
• Abstract（参考訳）: コヒーレントおよび非マルコフ的誤差の正確な評価は、従来のベンチマーク手法がマルコフ的および時間に依存しないノイズ仮定に依存するため、量子情報処理において依然として中心的な課題である。 しかし、実際には、量子デバイスは系統的コヒーレントな誤校正と時間的相関のゆらぎの両方を示し、誤りの診断と緩和を複雑にしている。 本稿では, トラップされたイオンプラットフォーム上に実装された単一量子ゲートにおいて, このような誤差を特徴付けるために, 接空間分解に基づく手法を適用する。 量子演算における小さな欠陥は、ターゲットの量子マップの摂動として扱われ、量子チャネルの空間における接ベクトルとして表される。 この定式化は、コヒーレント、マルコフおよび非マルコフ過程に対応する3つの成分への偏差の自然な分解を可能にする。 本手法は、レーザー駆動光遷移によって制御される、トラップされた$^{40}$Ca$^+$イオン上に実装された単一量子ゲート上で実験的に検証する。 パウリ転移行列とチョイ表現で表される実験的に再構成されたプロセス行列を解析することにより、実験環境における緩やかなゆらぎの制御による非マルコフ効果を同定し、定量化する。 また、同じ手法を用いて決定論的コヒーレントな誤校正を特徴付ける。 このアプローチは、量子制御系における複雑なエラーソースを診断するための物理的に透明で実験的に利用できるツールを提供する。

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