論文の概要: Analytical two-pulse control of universal single-qubit gates in rotational ultracold NaCs molecules

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.03461v1
• Date: Tue, 05 May 2026 07:48:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-06 19:35:43.82445
• Title: Analytical two-pulse control of universal single-qubit gates in rotational ultracold NaCs molecules
• Title（参考訳）: 回転型超低温NaCs分子における単一量子ゲートの解析的2パルス制御
• Authors: Qi Chen, Hao-Xuan Luo, Jin-Kang Guo, Qian-Qian Hong, Li-Bao Fan, Chuan-Cun Shu,
• Abstract要約: 超低温NaCs分子の回転状態を用いた単一量子ゲートの解析フレームワークを提案する。 最低回転エネルギーレベルで量子ビットを符号化することにより、閉形式ユニタリ進化を導出するために一階マグナス展開を用いる。 我々の方法は、他の分子や物理プラットフォームにも適用でき、高忠実でスケーラブルな分子量子プロセッサへの潜在的経路を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.906387038765238
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Complex control protocols and sensitivity to experimental imperfections have limited the practical implementation of quantum gate operations. Here, we present an analytical framework for universal single-qubit gates using rotational states of ultracold NaCs molecules. By encoding qubits in the lowest rotational energy levels, we employ a first-order Magnus expansion to derive closed-form unitary evolution from an optimized two-pulse sequence. This approach establishes precise amplitude and phase conditions for arbitrary single-qubit rotations, achieving gate fidelities above 0.9999 in numerical simulations. We further demonstrate that complex multi-gate sequences, including phase-locked operations, can be executed with minimal population leakage into auxiliary states. The time-dependent molecular orientation is shown to faithfully encode both the gate truth table and coherence dynamics, enabling practical gate tomography via weak-field polarization detection. Our analytical method is also applicable to other molecules and physical platforms, offering a potential path to high-fidelity, scalable molecular quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 複雑な制御プロトコルと実験的不完全性に対する感度は、量子ゲート演算の実践的実装を制限している。 ここでは,超低温NaCs分子の回転状態を用いた単一量子ゲートの解析フレームワークを提案する。 最低回転エネルギーレベルで量子ビットを符号化することにより、最適化された2パルス列から閉形式ユニタリ進化を導出するために、一階マグナス展開を用いる。 このアプローチは、任意の単一ビット回転に対する正確な振幅と位相条件を確立し、数値シミュレーションにおいて0.9999以上のゲート忠実性を達成する。 さらに、位相ロック操作を含む複雑なマルチゲートシーケンスは、補助状態に最小限の集団リークで実行可能であることを実証する。 時間依存性分子配向はゲート真理表とコヒーレンスダイナミクスの両方を忠実に符号化し、弱磁場偏光検出による実用的なゲートトモグラフィーを可能にする。 我々の分析方法は、他の分子や物理プラットフォームにも適用でき、高忠実でスケーラブルな分子量子プロセッサへの潜在的経路を提供する。

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