論文の概要: High-fidelity neutral atom gates leveraging low-rank Hessian optimization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.05060v1
• Date: Wed, 03 Jun 2026 16:21:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-04 20:44:18.888762
• Title: High-fidelity neutral atom gates leveraging low-rank Hessian optimization
• Title（参考訳）: 低ランクヘッセン最適化を利用した高忠実性中性原子ゲート
• Authors: Genyue Liu, Guillaume Bornet, Deniz Kurdak, Mingxuan Xiao, Chenyuan Li, Bichen Zhang, Jeff D. Thompson,
• Abstract要約: 最適制御ゲートのためのHessian-based calibration法を開発し,ベンチマークする。 準安定状態171Yb核スピン量子ビット上の振幅ローバスト制御Zゲートにこのアプローチを適用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4397520291340695
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum optimal control can produce fast and robust multi-qubit gates, but experimentally calibrating the resulting high-dimensional waveforms remains challenging because direct searches over large parameter spaces converge slowly. Building on the low-rank structure of quantum-control landscapes, we develop and benchmark a Hessian-based calibration method for optimal-control gates. The method identifies the few waveform directions that affect fidelity to leading order, with the number of directions set by the accessible leakage and coherent error channels, and optimizes only within this principal space using closed-loop experimental feedback. We apply this approach to an amplitude-robust controlled-Z gate on metastable-state 171Yb nuclear-spin qubits. Experimentally, we verify the predicted Hessian-sensitive directions and demonstrate rapid convergence of the optimization protocol. The optimized gate reaches a raw fidelity of 0.9959(2), increasing to 0.99902(7) after postselection on no detected loss, and the performance is essentially unchanged under laser-power variations of up to 20%. We further show that the same fidelity Hessian directions can correct certain Hamiltonian parameter errors. These results establish low-rank Hessian optimization as an efficient and physically motivated calibration strategy for high-dimensional optimal-control gates, which is broadly applicable to many qubit types.
• Abstract（参考訳）: 量子最適制御は高速かつ堅牢なマルチキュービットゲートを生成することができるが、大きなパラメータ空間を直接探索することはゆっくりと収束するため、結果の高次元波形を実験的に校正することは困難である。 量子制御ランドスケープの低ランク構造に基づいて、最適制御ゲートのためのヘッセン式キャリブレーション法を開発し、ベンチマークする。 本手法は,到達する漏洩経路とコヒーレントなエラーチャネルによって設定された方向数を用いて,先行方向に対する忠実度に影響を与える数少ない波形方向を同定し,閉ループ実験フィードバックを用いて主空間内でのみ最適化する。 準安定状態171Yb核スピン量子ビット上の振幅ローバスト制御Zゲートにこのアプローチを適用する。 実験により、予測されたヘッセン感性方向を検証し、最適化プロトコルの迅速な収束を示す。 最適化されたゲートは0.9959(2)の原忠実度に達し、検出された損失に対するポストセレクション後に0.99902(7)まで増加し、その性能はレーザーパワーの最大20%まで変化しない。 さらに、同じ忠実度ヘッセン方向がハミルトンパラメータの誤差を補正できることが示される。 これらの結果は、多くのキュービットタイプに広く適用可能な高次元最適制御ゲートに対する効率的かつ物理的動機付けされたキャリブレーション戦略として、低ランクヘッセン最適化を確立する。

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