論文の概要: Systematic frequency-collision analysis of the cross-resonance gate outside the straddling regime

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.07868v1
• Date: Fri, 08 May 2026 15:27:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-11 19:43:39.157123
• Title: Systematic frequency-collision analysis of the cross-resonance gate outside the straddling regime
• Title（参考訳）: 成層圏外におけるクロス共振ゲートの系統周波数-衝突解析
• Authors: Shinichi Inoue, Shotaro Shirai, Shuhei Tamate, Shu Watanabe, Kohei Matsuura, Rui Li, Yasunobu Nakamura,
• Abstract要約: CRゲートはクビット周波数拡散に敏感である。 従来の階層構造は、クォービットの割り当てを厳しく制限し、周波数衝突の影響を受けやすくする。 本研究では, 階層構造の設計と比較して, 遠距離設計は衝突を著しく減少させることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.911177261598284
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Frequency crowding remains a major obstacle to scaling fixed-frequency transmon processors. Among the widely used all-microwave two-qubit gates, the cross-resonance (CR) gate is particularly sensitive to qubit-frequency spread because the conventional straddling regime condition constrains assignable qubit frequencies tightly and makes the system susceptible to frequency collisions. Here, we propose and analyze the CR gate outside the straddling regime, which we refer to as the far-detuned regime, and evaluate frequency collisions using a numerical method that remains accurate under high-intensity, smoothly ramped microwave drives. Based on this analysis, we perform systematic parameter sweeps and provide collision-free conditions that define designable frequency regions in which qubit frequencies can be assigned consistently with surrounding qubit frequencies. Furthermore, we formulate frequency allocation as a linear programming optimization on a unit-cell lattice with periodic boundary conditions to obtain an optimal allocation. We demonstrate that far-detuned designs significantly reduce collisions compared with designs in the straddling regime. Monte Carlo yield analysis indicates that 10% collision-free yield for a 1024-qubit square lattice at a 0.1% two-qubit-gate error threshold requires $σ_{\mathrm{f}}/2π\le 6.8~\mathrm{MHz}$. Our findings suggest that this is feasible with an approximately twofold reduction in the state-of-the-art qubit-frequency spread.
• Abstract（参考訳）: 固定周波数トランスモンプロセッサをスケールする上で、周波数の混雑は依然として大きな障害である。 広く使われている全マイクロ波2ビットゲートのうち、クロス共振(CR)ゲートは、従来のストラドリング状態条件がキュービット周波数を厳格に割り当て、周波数衝突の影響を受けやすくするため、特にクビット周波数拡散に敏感である。 そこで本研究では, 成層圏外におけるCRゲートを遠心系として解析し, 高強度・スムーズなマイクロ波駆動下での精度を保った数値計算法を用いて周波数衝突の評価を行う。 この分析に基づいて, クビット周波数を周囲のクビット周波数と一貫した割り当てが可能な指定可能な周波数領域を定義する, 衝突のないパラメータスイープを行う。 さらに、周期境界条件を持つ単位セル格子上での線形計画最適化として周波数割り当てを定式化し、最適な割り当てを得る。 本研究では, 階層構造の設計と比較して, 遠距離設計は衝突を著しく減少させることを示した。 モンテカルロ収率解析は、0.1%の2量子ゲート誤差しきい値における1024量子ビットの正方格子に対する10%の衝突のない収率は、$σ_{\mathrm{f}}/2π\le 6.8~\mathrm{MHz}$であることを示している。 以上の結果から,最先端のクビット周波数拡散の約2倍の低減が可能であることが示唆された。

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