論文の概要: Barenco gate implementation using driven two- and three-qubit spin chains
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.02387v1
- Date: Mon, 02 Mar 2026 20:56:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-04 21:38:10.544529
- Title: Barenco gate implementation using driven two- and three-qubit spin chains
- Title（参考訳）: 駆動2ビットおよび3ビットスピン鎖を用いたバレンコゲート実装
- Authors: Rafael Vieira, Edgard P. M. Amorim,
- Abstract要約: 本稿では,短軸スピンチェーンを用いたバレンコ型マルチキュービット制御ゲートの実装プロトコルを提案する。
結合強度と駆動パラメータの明示的な条件を導出し、各部分空間における時間進化演算子に対して閉形式表現を提供し、演算子忠実度を用いて実装の質を特徴付ける。
数値シミュレーションにより、このプロトコルは広いパラメータ範囲で高い忠実性を実現し、スピンチェーンプラットフォームにおける量子情報処理の堅牢性と適合性を実証している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9078991171384019
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a protocol for implementing Barenco-type multi-qubit controlled gates using short driven spin chains. Starting from an Ising interaction with a transverse drive on the last spin, we construct an effective two-qubit Hamiltonian whose time evolution implements the Barenco gate $V_2(\varphi,ω,φ)$ and, in particular, a CNOT gate. We then embed this construction into a three-qubit $XXZ$ chain to realize the three-qubit Barenco gate $V_3(\varphi,ω,φ)$, which includes the Toffoli gate as a special case. The derivation is fully analytical: we perform a sequence of unitary transformations, identify decoupled subspaces, and apply a rotating-wave approximation to obtain simple effective Hamiltonians. We derive explicit conditions on the coupling strengths and driving parameters, provide closed-form expressions for the time-evolution operators in each relevant subspace, and characterize the quality of the implementation using the operator fidelity. Numerical simulations show that the protocol achieves high fidelities over broad parameter ranges, demonstrating its robustness and suitability for quantum information processing in spin-chain platforms.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,短軸スピンチェーンを用いたバレンコ型マルチキュービット制御ゲートの実装プロトコルを提案する。
最後のスピン上の逆ドライブとのイジング相互作用から始めて、時間発展がバレンコゲート$V_2(\varphi,ω,φ)$と、特にCNOTゲートを実装した実効2ビットハミルトニアンを構築する。
この構成を 3 ビットの $XXZ$ 連鎖に埋め込んで、3 ビットのバレンコゲート $V_3(\varphi,ω,φ)$ を実現する。
導出は完全に解析的であり、単項変換の列を実行し、疎結合部分空間を同定し、単純な有効ハミルトニアンを得るために回転波近似を適用する。
結合強度と駆動パラメータの明示的な条件を導出し、各部分空間における時間進化演算子に対して閉形式表現を提供し、演算子忠実度を用いて実装の質を特徴付ける。
数値シミュレーションにより、このプロトコルは広いパラメータ範囲で高い忠実性を実現し、スピンチェーンプラットフォームにおける量子情報処理の堅牢性と適合性を実証している。
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