論文の概要: Software-based compensation of AC-line-induced control errors in qubits and qudits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.00358v1
- Date: Fri, 29 May 2026 21:00:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-02 21:34:28.356675
- Title: Software-based compensation of AC-line-induced control errors in qubits and qudits
- Title（参考訳）: 量子ビットと量子ビットにおける交流線誘起制御誤差のソフトウェアによる補償
- Abstract要約: ACメインの電力線同期障害は、量子制御実験におけるコヒーレントな時間依存誤差の共通源である。
これらの乱れがメインス相に対して再現可能である場合、それらの効果をライントリガーフレームで測定できることが示される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: AC mains power line-synchronous disturbances are a common source of coherent, time-dependent error in precision quantum-control experiments. We show that when these disturbances are reproducible with respect to the mains phase, their effect can be measured in a line-triggered frame and compensated through software updates to control sequences. In our system, the disturbances manifest as magnetic-field-induced shifts in the energy level structure of a trapped $^{137}\text{Ba}^+$ ion, resulting in time-dependent detunings between the ion transitions and a local oscillator, as well as additional phases accumulated on superpositions of energy levels. We demonstrate a compensation protocol that corrects for the instantaneous oscillator detuning during control pulses, and for the phase accumulated by the energy levels between pulses. The calibrated AC line contribution to the detuning is reduced by $21(9)\times$, while the fitted AC phase amplitude is reduced below the measurement uncertainty. We then study gate performance on a magnetic-field-sensitive qubit and find that uncompensated mains-synchronous errors produce time-dependent fluctuations that make the usual randomized-benchmarking decay model unreliable. With compensation enabled, these fluctuations are suppressed sufficiently to recover a standard benchmarking decay and extract an average gate fidelity of $99.93(1)\%$. Finally, we extend the framework to multilevel qudit control and apply it to a single-qudit Bernstein-Vazirani algorithm, where AC compensation increases the success probability on a 16-level qudit from $10(7)\%$ to $70(9)\%$. These results show that reproducible line-synchronous noise can be treated as a calibrated control-frame error and corrected without additional hardware.
- Abstract（参考訳）: ACメインの電力線同期障害は、精密量子制御実験におけるコヒーレントな時間依存誤差の共通源である。
これらの障害がメインのフェーズに対して再現可能である場合、それらの効果はライントリガーされたフレームで測定でき、ソフトウェア更新によって補償されシーケンスを制御することができる。
本システムでは, イオン遷移と局所発振器の時間依存性の劣化と, エネルギー準位の重なりに蓄積した付加相とが, 捕捉された$^{137}\text{Ba}^+$イオンのエネルギー準位構造における磁場誘起変化として現れる。
制御パルス中の瞬時発振器の変形を補正し,パルス間のエネルギー準位によって蓄積される位相を補正する補償プロトコルを実証する。
調整された交流ラインのデチューニングへの寄与は21(9)\times$に減少し、適合した交流位相振幅は測定の不確実性以下に減少する。
次に、磁場感受性量子ビット上でのゲート性能について検討し、補償されない主系列同期誤差が時間依存性の変動を生じさせ、通常のランダム化ベンチマーキング崩壊モデルが信頼性を損なうことを見出した。
補償を有効にすると、これらの揺らぎは十分に抑制され、標準ベンチマーク崩壊を回復し、平均ゲート忠実度99.93(1)\%$を抽出する。
最後に、このフレームワークをマルチレベルキューディット制御に拡張し、単一キューディットのBernstein-Vaziraniアルゴリズムに適用し、AC補償により16レベルキューディットの成功確率を10(7)\%から70(9)\%$に引き上げる。
これらの結果から,再現可能な直線同期ノイズを校正制御フレーム誤差として扱い,追加ハードウェアを使わずに補正できることが示唆された。
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