論文の概要: Decay Rates in Interleaved Benchmarking with Single-Qubit References
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.05422v1
- Date: Thu, 05 Mar 2026 17:43:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-06 22:06:11.351014
- Title: Decay Rates in Interleaved Benchmarking with Single-Qubit References
- Title（参考訳）: シングルキュービット参照によるインターリーブベンチマークの減少率
- Authors: Ilya A. Simakov, Arina V. Zotova, Tatyana A. Chudakova, Alena S. Kazmina, Artyom M. Polyanskiy, Nikolay N. Abramov, Mikhail A. Tarkhov, Alexander M. Mumlyakov, Igor V. Trofimov, Nikita Yu. Rudenko, Maxim V. Chichkov, Vladimir I. Chichkov, Grigoriy S. Mazhorin,
- Abstract要約: シングルキュービット参照シーケンスを持つクロスエントロピーベンチマーク(XEB)は、大規模量子プロセッサにおけるマルチキュービットゲートの特徴付けに広く用いられている。
本手法の根底にある付加的な単一量子ビット誤差近似が故障し,ゲート忠実度を体系的に過大評価することを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.404018926483985
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Cross-entropy benchmarking (XEB) with single-qubit reference sequences is widely used to characterize multi-qubit gates in large-scale quantum processors, despite the lack of a rigorous theoretical justification. Here we show that the commonly employed additive single-qubit errors approximation underlying this approach breaks down and leads to a systematic overestimation of gate fidelities. We derive an analytical expression for the joint decay of simultaneous single-qubit reference sequences and introduce a refined expression for the interleaved gate fidelity estimation. Experiments on a superconducting quantum processor validate the theory and demonstrate that fidelities obtained using XEB with single-qubit references agree with those extracted from standard interleaved randomized benchmarking (IRB), while achieving higher precision due to reduced reference-sequence errors. Our results establish theoretical foundation for the single-qubit-based XEB and show that, with appropriate post-processing, it enables a reliable and robust approach for entangling gates benchmarking without the need for multi-qubit Clifford reference sequences.
- Abstract（参考訳）: シングルキュービット参照シーケンスを持つクロスエントロピーベンチマーク(XEB)は、厳密な理論的正当化が欠如しているにもかかわらず、大規模量子プロセッサにおけるマルチキュービットゲートの特徴付けに広く用いられている。
ここでは,本手法の根底にある付加的な単一量子誤り近似が故障し,ゲート忠実度を体系的に過大評価することを示した。
我々は,同時単一ビット参照シーケンスの結合崩壊に関する解析式を導出し,インターリーブゲートの忠実度推定のための洗練された表現を導入する。
超伝導量子プロセッサの実験は、この理論を検証し、単一の量子ビット参照を持つXEBを用いて得られた忠実度が標準のインターリーブドランダム化ベンチマーク(IRB)から抽出したものと一致し、参照シーケンスエラーの低減により高い精度を達成することを示した。
提案手法は,シングルキュービットベースのXEBの理論的基盤を確立し,適切な後処理を行うことで,マルチキュービットクリフォード参照シーケンスを必要とせずにゲートベンチマークをエンタングリングするための信頼性とロバストなアプローチを可能にすることを示す。
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