論文の概要: Efficient $n$-qubit entangling operations via a superconducting quantum router
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15432v1
- Date: Thu, 16 Apr 2026 18:00:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-20 22:00:19.603426
- Title: Efficient $n$-qubit entangling operations via a superconducting quantum router
- Title（参考訳）: 超伝導量子ルータによる効率的な$n$-qubitエンタングリング演算
- Authors: Xuntao Wu, Haoxiong Yan, Gustav Andersson, Alexander Anferov, Christopher R. Conner, Yash J. Joshi, Bayan Karimi, Amber M. King, Shiheng Li, Howard L. Malc, Jacob M. Miller, Harsh Mishra, Hong Qiao, Minseok Ryu, Jian Shi, Andrew N. Cleland,
- Abstract要約: 再構成可能なルータを介して,ユーザ選択可能な2量子ビットインタラクションを備えた新しい超伝導量子ビットアーキテクチャを実証する。
本稿では,この新しいアーキテクチャを活用して,2つ以上のキュービットを含むプログラム可能かつ効率的なマルチキュービット演算を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.68251047419923
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum algorithms on near-term quantum processors are typically executed using shallow quantum circuits composed of one- and two-qubit gates. However, as circuit depth and gate number increase, gate imperfections and qubit decoherence begin to dominate, limiting algorithmic complexity. An alternative approach is to explore gates involving more than two qubits. In previous work (X. Wu et al., Physical Review X 14, 041030 (2024)), we demonstrated a new superconducting qubit architecture with user-selectable two-qubit interactions via a reconfigurable router, used to connect pairs of qubits. Here, we leverage this novel architecture to realize programmable and efficient multi-qubit operations involving more than two qubits, resulting in faster preparation of multi-qubit entangled states with good fidelities. We also successfully apply model-free reinforcement learning to perform multi-qubit gates, including training a two-qubit controlled-Z gate as well as three-qubit controlled-SWAP and controlled-controlled-phase (Fredkin and Toffoli) gates. Higher $n$th-order gates may also be feasible, using our high-connectivity router design. This could provide a more efficient and higher-fidelity implementation of complex quantum algorithms and a more practical approach to quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 短期量子プロセッサ上の量子アルゴリズムは通常、1ビットと2ビットのゲートからなる浅い量子回路を用いて実行される。
しかし、回路深さとゲート数が増加するにつれて、ゲート不完全性とクビットデコヒーレンスが支配的になり、アルゴリズムの複雑さが制限される。
もう一つのアプローチは、2つ以上の量子ビットを含むゲートを探索することである。
前作(X。
Wu et al , Physical Review X 14 041030 (2024) では, 量子ビットのペアを接続する再構成可能なルータを介して, ユーザ選択可能な2量子ビットインタラクションを備えた新しい超伝導量子ビットアーキテクチャを実演した。
そこで本研究では,2量子ビット以上を含むプログラム可能かつ効率的なマルチキュービット演算を実現するために,このアーキテクチャを活用する。
また、2ビット制御Zゲートと3ビット制御SWAPおよび制御制御位相(フレドキンとトフォリ)ゲートの訓練を含む多ビットゲートの実行にモデルフリー強化学習を適用した。
高次ゲートも実現可能で、高接続性ルータの設計も使用できます。
これは、複雑な量子アルゴリズムのより効率的で高忠実な実装と、量子計算に対するより実践的なアプローチを提供する可能性がある。
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