論文の概要: Benchmarking trigonometric continuous-variable gate primitives with trapped ions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.14085v1
• Date: Wed, 15 Jul 2026 17:57:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-16 16:39:12.856175
• Title: Benchmarking trigonometric continuous-variable gate primitives with trapped ions
• Title（参考訳）: イオンを捕捉した三角波連続可変ゲートプリミティブのベンチマーク
• Abstract要約: 最近提案された三角連続可変(CV)ゲートセットは、発振器の周期関数を基本動作に促進する。 ここでは, 1量子コサインゲートを実験的に検証し, 2量子コサインゲート実装のモード分解限界ベンチマークを実行する。 本実装では, 3-および4-イオンYb+$チェーンの集合運動モードを用いて, 有限ステップ三角ゲート回路を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Hybrid continuous-discrete-variable quantum processors can represent bosonic degrees of freedom directly in oscillator modes, or qumodes, while using qubits for control, readout, and nonlinear operations. Recently proposed trigonometric continuous-variable (CV) gate sets promote periodic functions of oscillator quadratures to elementary operations, making them natural primitives for compact variables, rotor models, lattice gauge theories, and anharmonic dynamics. Here we experimentally demonstrate and benchmark one-qumode cosine gates, and perform a mode-resolved marginal benchmark of two-qumode cosine-gate implementations, on the QSCOUT trapped-ion quantum platform. Our implementation uses collective motional modes of three- and four-ion $^{171}{\rm Yb}^{+}$ chains and realizes finite-step trigonometric-gate circuits through hybrid qubit-qumode operations and conditional phase-space displacements. In contrast to previous theoretical and compilation work, we focus on the gate-level characterization of the trigonometric primitives. We measure Fock-space transition probabilities, study their dependence on gate parameters and Trotter step number, and compare with simulations incorporating thermal initialization and motional dephasing. We also derive ideal gate matrix elements and phase-space diagnostics, connecting the measurements to the non-Gaussian structure generated by these gates. These results establish trigonometric CV gates as reusable building blocks for bosonic Hamiltonian simulations and hybrid quantum algorithms requiring intrinsically non-polynomial operations.
• Abstract（参考訳）: ハイブリッド連続離散可変量子プロセッサは、制御、読み出し、非線形操作にキュービットを使用しながら、発振器モードや量子モードで直接ボゾン自由度を表現することができる。 最近提案された三角連続変数(CV)ゲートセットは、振動子二次関数の周期関数を基本演算に促進し、コンパクト変数、ローターモデル、格子ゲージ理論、非調和力学の自然なプリミティブとなる。 ここでは、QSCOUTトラップイオン量子プラットフォーム上で、1量子コサインゲートの実験およびベンチマークを行い、2量子コサインゲート実装のモード分解限界ベンチマークを実行する。 本実装では, 3-イオンおよび4-イオンの$^{171}{\rm Yb}^{+}$鎖の集合運動モードを用いて, ハイブリッド量子モード演算と条件位相空間変位による有限ステップ三角ゲート回路を実現する。 従来の理論とコンパイルの作業とは対照的に、三角法原始体のゲートレベルの特徴付けに着目する。 本研究では, フォック空間遷移確率を測定し, ゲートパラメータとトロッターステップ数への依存性について検討し, 熱初期化と運動劣化を考慮したシミュレーションとの比較を行った。 また, 理想的なゲート行列要素と位相空間診断を導出し, これらのゲートによって生成された非ガウス構造に測定値を接続する。 これらの結果は、ボソニックハミルトニアンシミュレーションと、本質的に非ポリノミカル演算を必要とするハイブリッド量子アルゴリズムのための再利用可能なビルディングブロックとして三角流CVゲートを確立する。

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