論文の概要: High-fidelity and robust controlled-Z gates for superconducting transmon qubits. I. Intrinsic errors and decoherence

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.30056v1
• Date: Wed, 21 Oct 2026 17:16:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-23 00:40:06.455769
• Title: High-fidelity and robust controlled-Z gates for superconducting transmon qubits. I. Intrinsic errors and decoherence
• Title（参考訳）: 超伝導トランスモン量子ビットのための高忠実かつ頑健な制御Zゲート I. 内在誤差とデコヒーレンス
• Abstract要約: フォールトトレラント量子コンピューティングは、短い時間、高い忠実さ、ノイズに対する堅牢性を組み合わせた量子ゲートを必要とする。 直接結合された周波数可変トランスモン間の制御Z(CZ)ゲートに対する包括的最適制御フレームワークを提案する。 これらの結果は, ゲート速度, 忠実度, 耐雑音性のバランスをとるための実験的な枠組みを確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7396995167214386
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fault-tolerant quantum computing requires quantum gates that combine short duration, high fidelity, and robustness to noise. As quantum processors scale, robustness becomes increasingly important because exhaustive characterization and frequent recalibration of individual gates become impractical. We present a comprehensive optimal-control framework for controlled-Z (CZ) gates between directly coupled, frequency-tunable transmons that systematically accounts for intrinsic Hamiltonian errors and realistic decoherence mechanisms, including energy relaxation and dephasing. Using smooth, single-shot flux pulses, we obtain 12-ns CZ gates---close to the theoretical speed limit of 11.6 ns---with intrinsic errors suppressed to the $2\times10^{-5}$ level. We construct dephasing noise models, calibrated against published experimental measurements, that capture fast dephasing from room-temperature control electronics and slow dephasing from $1/f$ flux noise. Using these models, we identify dephasing sweet spots that suppress sensitivity to dephasing noise. We further exploit transmon asymmetry as a design parameter to access distinct noise-resilient operating regimes. These results establish an experimentally applicable framework for balancing gate speed, fidelity, and noise robustness while reducing characterization and recalibration overhead.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティングは、短い時間、高い忠実さ、ノイズに対する堅牢性を組み合わせた量子ゲートを必要とする。 量子プロセッサがスケールするにつれて、個々のゲートの徹底的な特徴づけと頻繁な再校正が現実的になるため、ロバスト性はますます重要になる。 本報告では,内在的ハミルトン誤差と,エネルギー緩和やデフォーカスを含む現実的デコヒーレンス機構を体系的に考慮した,直接結合された周波数可変トランスモン間の制御Zゲートに対する包括的最適制御フレームワークを提案する。 単発フラックスパルスを用いて12-nsのCZゲートを11.6 nsの理論的速度限界に閉ざし、2-times10^{-5}$レベルの内在誤差を抑える。 本研究では, 室温制御電子回路からの高速デフォーカスを捕捉し, 1/f$のフラックスノイズから緩やかなデフォーカスを行うデフォーカスノイズモデルを構築した。 これらのモデルを用いて、雑音に対する感度を抑制する甘味点を同定する。 さらにトランスモン非対称性を設計パラメータとして利用して、ノイズ耐性の異なるオペレーティングレシスタンスにアクセスする。 これらの結果は, キャラクタリゼーションと再校正のオーバーヘッドを低減しつつ, ゲート速度, 忠実度, 耐雑音性をバランスさせる実験的な枠組みを確立した。

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