論文の概要: All-Microwave Multiqubit Gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.39834v2
- Date: Thu, 01 Oct 2026 14:21:06 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-03 01:19:23.562263
- Title: All-Microwave Multiqubit Gates
- Title（参考訳）: 全マイクロ波マルチキュービットゲート
- Abstract要約: 我々は,n個の制御とm個のターゲット量子ビットを組み込んだ単一ステップマルチキュービットゲートを実現するための全マイクロ波方式を提案する。
我々は60 ns のゲート期間内に 99.9% を超える忠実性を達成できる 3 ビットゲートを実証した。
このアーキテクチャは、安定化器型演算の回路深さを低減するためのハードウェア効率の戦略を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9732602599222995
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Implementing high-fidelity multiqubit gates is critical for reducing circuit depth in near-term quantum processors and fault-tolerant architectures. However, realizing multiqubit interactions and entanglement remains a critical challenge that limits the implementation of multiqubit gates. Here we propose an all-microwave scheme to realize single-step multiqubit gates incorporating n control and m target qubits, tailored for frequency-tunable superconducting transmon networks. By leveraging cross-resonance (CR) drives, this approach induces effective two-body ZX interactions that are significantly stronger than those achieved in conventional resonant regimes, circumventing the need for tunable couplers. The system's effective Hamiltonian is analytically derived using both quad frame rotation and rigorous block diagonalization. These combined theoretical methods facilitate the identification of optimal parameter regimes that simultaneously enhance desired target couplings and suppress parasitic higher-order terms, such as ZXX interactions. Through numerical simulations and gradient-based pulse-shape optimization, we demonstrate three-qubit gates achieving fidelities exceeding 99.9% within a 60 ns gate duration. Furthermore, we evaluate the fundamental scalability of this framework by extending the optimization to a five-qubit CXXXX architecture, confirming the physical viability of the multi-target driving scheme. Because these multiqubit operations naturally emulate stabilizer measurements, this architecture provides a hardware-efficient strategy for reducing the circuit depth of stabilizer-type operations by replacing sequential two-qubit gate decompositions with single-step multiqubit gates.
- Abstract（参考訳）: 高忠実度マルチキュービットゲートの実装は、短期量子プロセッサやフォールトトレラントアーキテクチャにおける回路深さの低減に不可欠である。
しかし、マルチキュービットの相互作用と絡み合いを実現することは、マルチキュービットゲートの実装を制限する重要な課題である。
本稿では、周波数可変超伝導トランスモンネットワークに適した、n個の制御とm個のターゲット量子ビットを組み込んだシングルステップマルチキュービットゲートを実現するための全マイクロ波方式を提案する。
クロス共振(CR)駆動を利用することで、従来の共振系よりもはるかに強い実効2体ZX相互作用を誘導し、調整可能なカプラの必要性を回避する。
このシステムの効果的なハミルトニアンは、クアッドフレーム回転と厳密なブロック対角化の両方を用いて解析的に導出される。
これらの組み合わせ理論手法は、目的のカップリングを同時に強化し、ZXX相互作用のような寄生的高次項を抑える最適なパラメータ状態の同定を容易にする。
数値シミュレーションと勾配に基づくパルス形状最適化により、60 nsのゲート時間内に99.9%を超える忠実性を達成する3量子ゲートを実証する。
さらに,5ビットCXXXXアーキテクチャに最適化を拡張し,マルチターゲット駆動方式の物理的実現可能性を確認することにより,このフレームワークの基本的なスケーラビリティを評価する。
これらのマルチキュービット演算は、自然に安定化器の測定をエミュレートするため、このアーキテクチャは、シーケンシャルな2キュービットゲート分解を1ステップのマルチキュービットゲートに置き換えることで、安定化器型の動作の回路深さを減らすためのハードウェア効率の戦略を提供する。
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