論文の概要: Efficient and accurate two-qubit-gate operation in a high-connectivity transmon lattice utilizing a tunable coupling to a shared mode
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.10699v1
- Date: Wed, 11 Mar 2026 12:11:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-12 16:22:32.935826
- Title: Efficient and accurate two-qubit-gate operation in a high-connectivity transmon lattice utilizing a tunable coupling to a shared mode
- Title（参考訳）: 共振モードへのチューナブル結合を利用した高結合トランスモン格子における効率良く正確な2量子ゲート演算
- Authors: Tuure Orell, Hao Hsu, Joona Andersson, Jani Tuorila, Frank Deppe, Hsiang-Sheng Ku,
- Abstract要約: 単位セル内の各量子ビットが2つの専用チューナブルカップラと共通中心要素を介して互いに結合する特別なハニカム量子ビット格子について検討する。
これにより、単位セル内の各キュービット対間の、チューニング可能、オンデマンド、全対接続を可能にする効果的なマルチモード相互作用が実現される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.32839375042867835
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Increasing connectivity and decreasing qubit-state delocalization without compromising the speed and accuracy of elementary gate operations are topical challenges in the development of large-scale superconducting quantum computers. In this theoretical work, we study a special honeycomb qubit lattice where each qubit inside a unit cell is coupled to every other one via two dedicated tunable couplers and a common central element. This results in an effective multi-mode interaction enabling tunable, on-demand, all-to-all connectivity between each qubit pair within the unit cell. We provide a thorough analysis of the unit cell, including a proposal for a novel and efficient conditional-Z gate scheme which takes advantage of the effective multi-mode coupling. We develop an experimentally viable pulse protocol for a single-step gate implementation which considerably improves the gate speed compared to the previous two-qubit-gate realizations suggested for architectures utilizing a center mode. We also show numerical results on how the presence of spectator qubits affects the average two-qubit-gate fidelity, and analyse how the multi-mode coupling structure mitigates the delocalization-induced crosstalk during simultaneous single-qubit gates within the unit cell. We also provide analytical estimates for the errors caused by relaxation and dephasing during a two-qubit-gate operation, including noise terms for the multi-mode coupling structure. Our multi-mode coupling architecture results in a good balance between increased connectivity and available parallelism, especially when several interacting unit cells form a quantum processing unit. We anticipate that the obtained results pave the way towards high-connectivity quantum processors with efficient and low-overhead quantum algorithms.
- Abstract（参考訳）: 大規模超伝導量子コンピュータの開発において、初等ゲート演算の速度と精度を損なうことなく接続性の向上と量子状態の非局在化の低減が課題となっている。
この理論的な研究において、単位セル内の各量子ビットが2つの専用チューナブルカップラと共通中心要素を介して互いに結合する特別なハニカム量子ビット格子について研究する。
これにより、単位セル内の各キュービット対間の、チューニング可能、オンデマンド、全対接続を可能にする効果的なマルチモード相互作用が実現される。
本稿では, 効率的な多モード結合を生かした, 新規かつ効率的な条件付きZゲート方式を提案することを含む, ユニットセルの徹底的な解析を行う。
中心モードを用いたアーキテクチャにおいて提案した2量子ゲートの実現と比較して,ゲート速度を大幅に向上する単一ステップゲート実装のための実験可能なパルスプロトコルを開発した。
また, マルチモード結合構造は, ユニットセル内の単一量子ゲート間の非局在化によるクロストークを緩和し, 平均2量子ゲートの忠実度にどのように影響するかを数値解析した。
また,マルチモード結合構造に対するノイズ項を含む2ビットゲート動作における緩和と劣化による誤差の解析的評価を行った。
我々のマルチモード結合アーキテクチャは、接続性の向上と利用可能な並列性、特にいくつかの相互作用するユニットセルが量子処理ユニットを形成する場合のバランスを良くする。
得られた結果は,効率的かつ低オーバーヘッドな量子アルゴリズムを用いて,高接続性量子プロセッサへの道を開くことを期待する。
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