論文の概要: Fast CZ gate in hybrid fluxonium-transmon systems with tunable couplers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.14197v1
- Date: Sun, 13 Sep 2026 00:11:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 12:40:38.82253
- Title: Fast CZ gate in hybrid fluxonium-transmon systems with tunable couplers
- Title（参考訳）: チューナブルカプラを用いたハイブリッドフラッソニウム-トランスモン系における高速CZゲート
- Abstract要約: 本研究では,フラクソニウムキュービット,固定周波数トランスモンキュービット,フラックス可変トランスモンカプラからなるハイブリッド回路の高忠実性制御Z(CZ)ゲートを提案する。
カプラに印加される外部磁束だけを変調することにより、クビット-量子相互作用は条件相蓄積のために動的に工学される。
数値シミュレーションにより、マイクロ波フリーのCZゲートは、平均ゲート忠実度が99.99%ドルを超え、10〜5ドル以下で実現可能であることが示されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.326048933296303
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Hybrid superconducting architectures combining different types of qubits offer a promising platform for exploiting their complementary advantages, yet high-fidelity entangling gates remain challenging because of strong nonlinearities and residual qubit-qubit interactions. Here, we propose a high-fidelity controlled-Z (CZ) gate for a hybrid circuit comprising a fluxonium qubit, a fixed-frequency transmon qubit, and a flux-tunable transmon coupler. By modulating only the external magnetic flux applied to the coupler, the qubit-qubit interaction is dynamically engineered for conditional-phase accumulation while the residual interaction is suppressed at idle, mitigating spectator-induced errors. We employ a low-dimensional Fourier-cosine pulse parameterization and a physically motivated cost function to independently suppress conditional-phase errors and leakage from the computational subspace. Numerical simulations demonstrate that a microwave-free CZ gate can be realized within $25 \mathrm{ns}$, with an average gate fidelity exceeding $99.99\%$ and leakage below $10^{-5}$. Using experimentally relevant superconducting-qubit parameters and accounting for decoherence, the proposed scheme maintains a CZ-gate fidelity of approximately $99.9\%$. We further extend the analysis to larger coupled architectures and find that the CZ-gate infidelity remains below $10^{-4}$ in the presence of spectator qubits. These results establish single-parameter flux control as a simple and robust approach for realizing high-fidelity entangling gates in heterogeneous superconducting quantum architectures.
- Abstract（参考訳）: 異なる種類の量子ビットを組み合わせたハイブリッド超伝導アーキテクチャは、相補的な利点を活かすための有望なプラットフォームを提供するが、強い非線形性と残留量子ビット相互作用のため、高忠実なエンタングリングゲートは難しいままである。
本稿では、フラクソニウム量子ビット、固定周波数トランスモン量子ビット、フラックス可変トランスモン結合器からなるハイブリッド回路のための高忠実性制御Z(CZ)ゲートを提案する。
カプラに印加される外部磁束だけを変調することにより、クビット-クビット相互作用は動的に条件相の蓄積のために設計され、残差相互作用はアイドル時に抑制され、オブザーバが引き起こした誤差を緩和する。
低次元フーリエコサインパルスパラメタライゼーションと物理的に動機付けられたコスト関数を用いて、計算部分空間からの条件相誤差と漏洩を独立に抑制する。
数値シミュレーションにより、マイクロ波のないCZゲートは25ドル(約2,500円)で実現でき、平均ゲート忠実度は99.99 %(約1,300円)以上、10〜5 ドル(約1,300円)以下である。
実験的に関係のある超伝導量子ビットパラメータとデコヒーレンスを考慮に入れ、提案手法はCZゲートの忠実度を約99.9 %$で維持する。
さらに、より大きい結合アーキテクチャに解析を拡張し、CZゲートの不忠実性は、オブザーバ量子ビットの存在下では10^{-4}$以下であることを示す。
これらの結果は、均一超伝導量子アーキテクチャにおける高忠実エンタングルゲートを実現するための単純かつ堅牢なアプローチとして、単パラメータフラックス制御を確立する。
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