論文の概要: Near-optimal synthesis of non-Gaussian phase gates via qubit-oscillator Rabi control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.09132v1
• Date: Tue, 08 Sep 2026 17:53:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-11 20:25:00.748442
• Title: Near-optimal synthesis of non-Gaussian phase gates via qubit-oscillator Rabi control
• Title（参考訳）: 量子オシレータRabi制御による非ガウス位相ゲートの準最適合成
• Abstract要約: 位相ゲートのための効率的な量子ビットオシレータRabi合成法を開発した。 次数(R)位相ゲートは解析的に構築されたラビ列によって全時間で近似可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.877976778339495
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Non-Gaussian gates remain a key bottleneck for universal continuous-variable (CV) quantum computation because the nonlinearities they require are difficult to engineer. To address this challenge, we develop an efficient qubit-oscillator Rabi synthesis scheme for polynomial phase gates, with a total interaction time that scales polylogarithmically with the inverse target error \(\varepsilon\). Specifically, for a class of readily preparable initial states, we show that a degree-\(R\) phase gate can be approximated by an analytically constructed Rabi sequence with total time \(O(\log^{(R-1)/2+o(1)}(1/\varepsilon))\). This construction requires no numerical optimization and therefore extends naturally to arbitrarily large multimode systems. We further establish a total-time lower bound of \(Ω(\log^{(R-1)/2}(1/\varepsilon))\), showing that the synthesis is near optimal. As applications, we use this scheme to simulate representative CV quantum dynamics and implement a CV quantum algorithm for solving linear partial differential equations. These results establish qubit-oscillator Rabi control as an efficient, analytically compilable, and near-optimal primitive for CV quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 非ガウスゲートは、必要となる非線形性は設計が難しいため、普遍連続変数(CV)量子計算の鍵となるボトルネックである。 この課題に対処するために、多項式位相ゲートに対する効率的なクビットオシレータ Rabi 合成手法を開発し、逆ターゲット誤差 \(\varepsilon\) とポリ対数的にスケールする合計相互作用時間を求める。 具体的には、容易に準備可能な初期状態のクラスに対して、次数-\(R\)相ゲートは総時間 \(O(\log^{(R-1)/2+o(1)}(1/\varepsilon))\ で解析的に構築されたラビ列によって近似できることを示す。 この構造は数値最適化を必要としないため、任意に大きなマルチモードシステムに自然に拡張する。 さらに、全時間下界の \(Ω(\log^{(R-1)/2}(1/\varepsilon))\ を確立し、合成がほぼ最適であることを示す。 応用として、このスキームを用いて代表CV量子力学をシミュレートし、線形偏微分方程式を解くためのCV量子アルゴリズムを実装する。 これらの結果は、CV量子情報処理における効率的な、解析的にコンパイル可能で、ほぼ最適プリミティブとして、量子ビットオシレータRabi制御を確立する。

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