論文の概要: Mitigating crosstalk errors for simultaneous single-qubit gates on a superconducting quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.11018v1
• Date: Wed, 11 Mar 2026 17:47:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-12 16:22:33.085548
• Title: Mitigating crosstalk errors for simultaneous single-qubit gates on a superconducting quantum processor
• Title（参考訳）: 超伝導量子プロセッサにおける同時単一量子ゲートのクロストーク誤差の緩和
• Authors: Jaap J. Wesdorp, Eric Hyyppä, Joona Andersson, Janos Adam, Rohit Beriwal, Ville Bergholm, Saga Dahl, Simone Diego Fasciati, Alejandro Gomez Friero, Zheming Gao, Daria Gusenkova, Andrew Guthrie, Johannes Heinsoo, Tuukka Hiltunen, Keiran Holland, Amin Hosseinkhani, Sinan Inel, Joni Ikonen, Shan W. Jolin, Kristinn Juliusson, Seung-Goo Kim, Anton Komlev, Roope Kokkoniemi, Otto Koskinen, Joonas Kylmälä, Alessandro Landra, Julia Lamprich, Magdalena Lehmuskoski, Nizar Lethif, Per Liebermann, Tianyi Li, Aleksi Lintunen, Fabian Marxer, Kunal Mitra, Jakub Mrożek, Lucas Ortega, Miha Papič, Matti Partanen, Alexander Plyushch, Stefan Pogorzalek, Michael Renger, Jussi Ritvas, Sampo Saarinen, Indrajeet Sagar, Matthew Sarsby, Mykhailo Savytskyi, Ville Selinmaa, Ivan Takmakov, Brian Tarasinski, Francesca Tosto, David Vasey, Panu Vesanen, Jeroen Verjauw, Alpo Välimaa, Nicola Wurz, Hsiang-Sheng Ku, Frank Deppe, Juha Hassel, Caspar Ockeloen-Korppi, Wei Liu, Jani Tuorila, Chun Fai Chan, Attila Geresdi, Antti Vepsäläinen,
• Abstract要約: 超伝導量子プロセッサ上の単一量子ビットゲートは、通常は専用の制御線を介して印加されるマイクロ波パルスを用いて実装される。 これらのマイクロ波パルスは、容量結合と波動関数の重なりに起因するクロストークによって、他の量子ビットを駆動する。 クロストークと周波数群集は、孤立ゲートに対する単一ビット同時動作における誤差を増加させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 59.06950309601253
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Single-qubit gates on superconducting quantum processors are typically implemented using microwave pulses applied through dedicated control lines. However, these microwave pulses may also drive other qubits due to crosstalk arising from capacitive coupling and wavefunction overlap in systems with closely spaced transition frequencies. Crosstalk and frequency crowding increase errors during simultaneous single-qubit operations relative to isolated gates, thus forming a major bottleneck for scaling superconducting quantum processors. In this work, we combine model-based qubit frequency optimization with pulse shaping to demonstrate crosstalk error mitigation in single-qubit gates on a 49-qubit superconducting quantum processor. We introduce and experimentally verify an analytical model of simultaneous single-qubit gate error caused by microwave crosstalk that depends on a given pulse shape. By employing a model-based optimization strategy of qubit frequencies, we minimize the crosstalk-induced error across the processor and achieve a mean simultaneous single-qubit gate fidelity of 99.96% for a 16-ns gate duration, approaching the mean individual gate fidelity. To further reduce the simultaneous error and required qubit frequency bandwidth on high-crosstalk qubit pairs, we introduce a crosstalk transition suppression (CTS) pulse shaping technique that minimizes the spectral energy around transitions inducing leakage and crosstalk errors. Finally, we combine CTS with model-based frequency optimization across the device and experimentally show a systematic reduction in the required qubit frequency bandwidth for high-fidelity simultaneous gates, supported by simulations of systems with up to 1000 qubits. By alleviating constraints on qubit frequency bandwidth for parallel single-qubit operations, this work represents an important step for scaling towards larger quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子プロセッサ上の単一量子ビットゲートは通常、専用の制御線を介して印加されるマイクロ波パルスを用いて実装される。 しかし、これらのマイクロ波パルスは、近接した遷移周波数を持つ系において、容量結合と波動関数の重なりに起因するクロストークによって、他の量子ビットを駆動する可能性がある。 クロストークと周波数群集は、孤立ゲートに対する単一量子ビットの同時操作において誤差を増大させ、超伝導量子プロセッサをスケーリングする主要なボトルネックを形成する。 本研究では,49量子ビット量子プロセッサ上での単一量子ビットゲートにおけるクロストーク誤差の緩和を示すために,モデルベース量子ビット周波数最適化とパルス整形を組み合わせた。 パルス形状に依存するマイクロ波クロストークによる同時単一ビットゲート誤差の解析モデルを導入,実験的に検証する。 量子ビット周波数のモデルに基づく最適化戦略を用いることで、プロセッサ間のクロストークによる誤差を最小限に抑え、平均1量子ビットゲート忠実度を平均99.96%の16nsゲート忠実度で達成し、平均個々のゲート忠実度に近づいた。 高クロストークキュービット対における同時誤差と要求キュービット周波数帯域の低減を図るため、クロストーク遷移抑圧(CTS)パルス整形技術を導入し、リークやクロストークエラーを誘発する遷移のスペクトルエネルギーを最小化する。 最後に、CTSとデバイス間のモデルベース周波数最適化を組み合わせることで、最大1000キュービットのシステムのシミュレーションにより、高忠実度同時ゲートに必要なキュービット周波数帯域を体系的に削減することを示した。 並列単一量子ビット演算における量子ビット周波数帯域の制約を緩和することにより、この処理はより大きな量子プロセッサへのスケーリングの重要なステップとなる。

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