論文の概要: Benchmarking exchange-only control of a 48-spin singlet manifold

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.07393v1
• Date: Mon, 05 Oct 2026 21:07:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-08 02:58:29.664521
• Title: Benchmarking exchange-only control of a 48-spin singlet manifold
• Title（参考訳）: 48スピン一重項多様体のベンチマーク交換専用制御
• Abstract要約: 交換のみの量子コンピューティングは、交換相互作用によって得られる高い忠実さと直接的な制御の恩恵を受ける。 交換専用性能のシステムワイド尺度は、利用可能なヒルベルト空間をフル活用できることを示す。 実効的なシステムレベルの誤差は、1交換あたり3倍10〜4ドルであり、完全な実験制御シーケンスと関連するすべてのノイズ源が組み込まれている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.74189182832549
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Exchange-only quantum computing benefits from high fidelity and straightforward control afforded by the exchange interaction. However, independently controllable qubits must be encoded into subsystems of at least three electron spins, restricting computation to only a fraction of the available spin Hilbert space. The remaining states are treated as leakage and used only transiently in gate sequences. By contrast, a quantitative, system-wide measure of exchange-only performance can exploit the full available Hilbert space, including states conventionally treated as leakage. Here, we apply this approach to arrays of up to 48 electron spins, accessing a total-spin-zero Hilbert space with dimension exceeding $2^{40}$. Measurements of out-of-time-order correlators (OTOCs) reveal rich scrambling dynamics and demonstrate access to regimes relevant to quantum computational advantage. Using generalized forms of cross-entropy and mirror randomized benchmarking, we also assess the aggregate performance of the full exchange-only system per fundamental two-body interaction: the two-spin exchange. We obtain an effective system-level error of $3 \times 10^{-4}$ per exchange, incorporating the complete experimental control sequence and all associated noise sources. This value is up to an order of magnitude lower than those reported from comparable benchmarks on other platforms at the time of writing.
• Abstract（参考訳）: 交換のみの量子コンピューティングは、交換相互作用によって得られる高い忠実さと直接的な制御の恩恵を受ける。 しかし、独立に制御可能な量子ビットは、少なくとも3つの電子スピンのサブシステムに符号化されなければならない。 残りの状態は漏れとして処理され、ゲート配列でのみ過渡的に使用される。 対照的に、交換専用性能の定量的かつシステムワイドな測定は、伝統的にリークとして扱われる状態を含む完全なヒルベルト空間を利用することができる。 ここでは、このアプローチを最大48個の電子スピンの配列に適用し、次元が 2^{40}$ を超える全スピンゼロのヒルベルト空間にアクセスする。 時間外相関器(OTOC)の測定は、リッチなスクランブルダイナミクスを示し、量子計算上の優位性に関連するレシエーションへのアクセスを示す。 また、クロスエントロピーとミラーランダム化ベンチマークの一般化形式を用いて、基本2体相互作用における完全な交換専用システムの集合性能(2スピン交換)を評価する。 我々は,完全実験制御シーケンスと関連するすべてのノイズ源を組み込んだ,交換1回あたり3ドル10^{-4}$のシステムレベルの有効誤差を得る。 この値は、他のプラットフォームで書かれた同等のベンチマークで報告されたものよりも、最大で1桁低い。

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