論文の概要: High-fidelity controlled-phase gates for distinguishable quantum walkers via extended interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.09301v1
• Date: Mon, 10 Aug 2026 08:50:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-11 19:16:37.16914
• Title: High-fidelity controlled-phase gates for distinguishable quantum walkers via extended interactions
• Title（参考訳）: 拡張相互作用による区別可能な量子ウォーカのための高忠実制御相ゲート
• Abstract要約: 相互作用粒子を用いた二重レール符号化における量子ウォークを用いた制御相ゲートの実装について検討する。 実験結果から, 相互作用範囲を現場や近隣の用語を超えて拡張することで, 粒子を識別可能なCPゲートを設計する上で, 散乱電位を十分に制御できることが示唆された。 識別可能な粒子散乱だけでは、識別不可能な場合よりもわずかに忠実度が低いが、提案する全体的な構造は、識別不可能な粒子をルーティングするのに必要となる単一粒子ゲートを回避している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We investigate the implementation of controlled-phase (CP) gates with quantum walks in a dual-rail encoding through the use of interacting particles. While previous proposals have focused on indistinguishable particles (bosons or fermions) to achieve unitary fidelity for plane-wave scattering, practical implementations require finite-size wavepackets and routing through single-particle gates, both factors that introduce unavoidable fidelity losses. We show that extending the interaction range beyond on-site or first-neighbor terms provides sufficient control over the scattering potential to engineer CP gates with distinguishable particles that match the ideal bosonic/fermionic performance. For finite Gaussian wavepackets, we derive analytical approximations for the gate fidelity in terms of the transmission coefficient's magnitude and phase derivatives. We find that while distinguishable-particle scattering alone exhibits slightly lower fidelity than the indistinguishable case, the overall architecture that we propose avoids the additional single-particle gates required for routing indistinguishable particles. The roundabout gates needed for the latter indeed introduce fidelity losses approximately one order of magnitude larger than the interaction-induced losses, making the distinguishable-particle approach competitive for practical implementations. Our results establish multi-neighbor interactions as a tool for quantum information processing with continuous-time quantum walks and provide quantitative guidelines for optimizing gate fidelities in finite-size systems.
• Abstract（参考訳）: 相互作用粒子を用いた二重レール符号化における量子ウォークを用いた制御相(CP)ゲートの実装について検討する。 従来の提案では、平面波散乱のユニタリ忠実性を達成するために、粒子(ボソンまたはフェルミオン)を区別できないものにしていたが、実用的な実装では、有限サイズのウェーブパックと単一粒子ゲートをルーティングする必要がある。 本研究は, 理想的なボソニック/フェルミオン性能に適合する粒子を識別可能なCPゲートを用いて, 散乱電位を十分に制御できることを示す。 有限ガウス波束に対して、伝送係数の等級と位相微分の観点からゲート忠実度の解析近似を導出する。 識別可能な粒子散乱だけでは、識別不可能な場合よりもわずかに忠実度が低いが、提案する全体的な構造は、識別不可能な粒子をルーティングするのに必要となる単一粒子ゲートを回避している。 後者に必要なラウンドアバウトゲートは、実際には相互作用によって引き起こされた損失よりも約1桁大きな忠実度損失を生じさせ、実用的な実装のために区別可能な粒子アプローチが競合する。 本研究は、連続時間量子ウォークを用いた量子情報処理のツールとしてマルチ隣り合う相互作用を確立し、有限サイズシステムにおけるゲート忠実度を最適化するための定量的ガイドラインを提供する。

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