論文の概要: Sound and Efficient Certification of High-Quality Qubit Operations: Theory and Experiment
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.17005v1
- Date: Mon, 17 Aug 2026 18:03:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-19 21:40:53.088859
- Title: Sound and Efficient Certification of High-Quality Qubit Operations: Theory and Experiment
- Title（参考訳）: 高品質な量子演算の健全かつ効率的な認証:理論と実験
- Abstract要約: 固定的な決定論的シーケンスの小さなセットに基づいて,単一キュービットゲートに対する健全なブラックボックス認証プロトコルを導入する。
データから、このプロトコルは、ゲージ不変性であるゲートの回転固有値上の有限サンプル境界を導出する。
これらのスペクトル制約は、物理的に意味のある基底のユニタリな変化まで、時間非依存のキュービットモデルごとに厳密な平均ゲート忠実度が低いことを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.48673361417131
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Can a high-quality quantum gate be certified when uncharacterized state-preparation and measurement errors are dominant? Can this be achieved with low experimental overhead? Here, we introduce a sound black-box certification protocol for a single-qubit gate based on a small set of fixed, deterministic sequences. From the data, the protocol derives finite-sample bounds on the gate's rotation eigenvalue, a gauge-invariant property. Its phase reveals the accuracy of the rotation angle, while its modulus quantifies the loss of coherence under repeated gate applications. We implement the protocol on a $^{40}\mathrm{Ca}^{+}$ trapped-ion processor and certify the $\sqrt{\mathrm{X}}$-gate rotation eigenvalue using $22\,000$ circuit executions, and demonstrate the robustness of certification to state-preparation and measurement errors by deliberately degrading the readout. Finally, we prove that these spectral constraints imply, up to a physically meaningful unitary change of basis, a rigorous average gate-fidelity lower bound for every time-independent qubit model compatible with the data. In both readout settings, the spectral bounds yield the same fidelity certificate of $99.94(3)\%$ with $99\%$ confidence. Our results establish a new standard for quantum-gate certification by combining soundness and experimental efficiency without requiring trusted reference operations, randomized circuits, or model fitting.
- Abstract（参考訳）: 不正な状態準備と測定誤差が支配的である場合、高品質な量子ゲートを認証できるか?
これは、実験的なオーバーヘッドが低い状態で達成できますか?
ここでは,固定的決定論的シーケンスの小さなセットに基づいて,単一キュービットゲートに対する健全なブラックボックス認証プロトコルを提案する。
データから、このプロトコルは、ゲージ不変性であるゲートの回転固有値上の有限サンプル境界を導出する。
その位相は回転角の精度を明らかにし、その変調は繰り返しゲート適用下でのコヒーレンス損失を定量化する。
我々は,$^{40}\mathrm{Ca}^{+}$capt-ionプロセッサ上でプロトコルを実装し,22,000ドルの回路実行を用いて$\sqrt{\mathrm{X}}$-gate回転固有値を証明する。
最後に、これらのスペクトル制約は、データと互換性のある時間非依存のキュービットモデルごとに厳密な平均ゲート忠実度を下限とした、物理的に意味のある基底のユニタリな変化を示唆する。
両方の読み出し設定では、スペクトル境界は99.94(3)\%$と99.%$の信頼を持つ同じフィデリティ証明書を得る。
本研究は,信頼された参照操作,ランダム化回路,モデルフィッティングを必要とせず,音質と実験効率を組み合わせることにより,量子ゲート認証の新しい標準を確立した。
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