論文の概要: Analytical controls for dispersive multi-qubit interactions in mediator-coupled quantum registers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.03064v1
• Date: Fri, 02 Oct 2026 09:46:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-06 00:14:30.309109
• Title: Analytical controls for dispersive multi-qubit interactions in mediator-coupled quantum registers
• Title（参考訳）: メディエータ結合量子レジスタにおける分散多ビット相互作用の解析制御
• Abstract要約: 解析線形反転(DIAL)による分散相互作用の導入 効果的な2レベル中間子遷移のオフ共振駆動は、パウリ-(Z)相互作用速度が駆動強度に線形に依存する対角ハミルトニアンを与える。 我々は、この構造をターゲット認識DIALアルゴリズムに変換し、好みの非共振音を選択し、所定のターゲット相互作用に対して駆動強度を決定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fast control of long-lived quantum registers often relies on an auxiliary degree of freedom, a mediator, but real mediator excitation can introduce decoherence, leakage, or loss when the mediator is not the coherence-optimized component. We introduce dispersive interaction via analytical linear inversion (DIAL), an analytical control construction for excitation-suppressed interaction engineering in mediator-coupled quantum registers. In the dispersive regime, we show that off-resonant driving of an effective two-level mediator transition yields a diagonal Hamiltonian whose Pauli-\(Z\) interaction rates depend linearly on the drive intensities through a transfer matrix determined by the register-resolved transition spectrum. This establishes a direct linear map from experimentally accessible controls to induced multi-qubit interactions, enabling control design without iterative propagation of the full driven dynamics. We turn this structure into the target-aware DIAL algorithm, which selects favorable off-resonant tones and determines their drive intensities for a prescribed target interaction. We benchmark the resulting controls across 100 register realizations for each register size \(n=2,3,4,5\), targeting the highest-order interaction \(Z_1\cdots Z_n\) with an interaction phase of magnitude \(π/4\), which generates an \(n\)-qubit GHZ state up to local equivalence. Propagation under the full driven mediator-register dynamics yields typical gate fidelities above \(0.997\), while the maximum transient mediator excitation remains near \(1\%\) on average, far below what is typically possible with resonant Rabi drives. The manuscript is accompanied by an open-source Python package implementing the target-aware DIAL algorithm and the associated numerical validation workflow.
• Abstract（参考訳）: 長寿命の量子レジスタの高速制御は、しばしば補助的な自由度、仲介者に依存するが、実際の仲介者は、仲介者がコヒーレンス最適化されたコンポーネントではない場合に、デコヒーレンス、リーク、損失をもたらすことがある。 本稿では, メディエータ結合量子レジスタにおける励起抑制相互作用工学のための解析制御構造である, 解析線形反転(DIAL)による分散相互作用を導入する。 分散系では、有効二層媒質転移の非共振駆動は、パウリ-\(Z\)相互作用速度がレジスタ分解遷移スペクトルによって決定される遷移行列を介して駆動強度に線形に依存する対角ハミルトニアンが得られることを示す。 これにより、実験的にアクセス可能な制御から誘導されるマルチキュービット相互作用への直接線型写像が確立され、フル駆動力学の反復的伝播を伴わない制御設計が可能となる。 我々は、この構造をターゲット認識DIALアルゴリズムに変換し、好みの非共振音を選択し、所定のターゲット相互作用に対して駆動強度を決定する。 我々は、最大階の相互作用 \(Z_1\cdots Z_n\) と大きさ \(π/4\) の相互作用位相を目標とし、レジスタサイズ \(n=2,3,4,5\) ごとに100個のレジスタ実現をベンチマークする。 フルドライブ・メディエータ・レジスタ・ダイナミクスの下での伝搬は、(0.997\) 上の典型的なゲート忠実度をもたらすが、最大過渡メディエータ励起は平均で1\%\) 近くであり、共鳴ラビドライブで一般的に可能なものよりもはるかに低い。 原稿には、ターゲット認識されたDIALアルゴリズムと関連する数値検証ワークフローを実装するオープンソースのPythonパッケージが添付されている。

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