論文の概要: Leakage benchmarking with decohering subgroups in the presence of preparation and measurement errors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.19304v1
• Date: Tue, 13 Oct 2026 23:29:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-15 21:06:15.852161
• Title: Leakage benchmarking with decohering subgroups in the presence of preparation and measurement errors
• Title（参考訳）: デコヒーリング部分群を用いた漏れ評価 : 準備と測定誤差の存在下で
• Abstract要約: ゲート非依存雑音を前提として, 漏れレベルが全くないクアディットの例について検討した。 リークレベルのデコヒーレンスを持つランダム化ベンチマークシーケンスを,ノイズの多い古典的準備と測定でマルコフ過程として解析できることを示す。 本研究では,マルコフ過程の忠実度,漏洩度,その他のパラメータを制約するために,既知の保守的境界を利用した計測と推定法を開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.074695933697848
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A common problem with physical qubits is that the state can leak outside the computational subspace. To characterize the problem, it is desirable to measure both the leakage probability and the fidelity of gates inside the computational subspace. Randomized benchmarking is a readily accessible method for estimating average gate fidelities and can be modified to account for leakage. However, in the presence of state preparation and measurement errors (SPAM) there are parameter degeneracies, and fidelities and leakage become underdetermined. We study the example of qudits with any number of leakage levels under the assumption of gate-independent noise. We show that randomized benchmarking sequences with leakage level decoherence can be analyzed as a Markov process with noisy classical preparations and measurements. This result generalizes to randomized benchmarking with random gates from an arbitrary group that contains a phase-decohering subgroup. We characterize the parameter degeneracy in inferring the Markov process, preparations and measurements. Based on this characterization we develop a measurement and inference method taking advantage of known conservative bounds on SPAM to constrain fidelity, leakage and other parameters of the Markov process, state preparations and measurements. As part of our study, we experimentally implemented the measurement method for a qubit defined on the one-excitation subspace of two transmons, for which there are two leakage levels. We determined confidence intervals accounting for parameter degeneracy for a number of performance parameters of the system. For leakage and fidelity, we compare these intervals to those obtained for several conventional methods for leakage benchmarking.
• Abstract（参考訳）: 物理量子ビットの一般的な問題は、状態が計算部分空間の外に漏れることである。 この問題を特徴づけるためには、計算部分空間内のゲートのリーク確率と忠実度の両方を測定することが望ましい。 ランダム化ベンチマーク(Randomized benchmarking)は、平均ゲート密度を推定するための容易な方法であり、漏洩を考慮に入れられるように修正することができる。 しかし、状態準備・測定誤差(SPAM)が存在する場合、パラメータの縮退があり、忠実さや漏洩が過小評価される。 ゲート非依存雑音を前提として, 漏れレベルが全くないクアディットの例について検討した。 リークレベルのデコヒーレンスを持つランダム化ベンチマークシーケンスを,ノイズの多い古典的準備と測定でマルコフ過程として解析できることを示す。 この結果は、位相デコヒーリング部分群を含む任意の群からランダムゲートによるランダム化ベンチマークに一般化される。 マルコフ過程, 準備, 測定におけるパラメータの縮退を特徴付ける。 本研究では,SPAM上の既知の保守的境界を利用して,マルコフ過程の忠実度,漏洩度,その他のパラメータを制約する計測と推定法を開発した。 本研究では,2つのトランスモンの1つの励起部分空間上に定義された量子ビットの測定手法を実験的に実装した。 システムの性能パラメータのパラメータ縮退を考慮した信頼区間を決定した。 リークと忠実性については、これらの区間を、リークベンチマークのいくつかの従来の手法で得られた区間と比較する。

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