超导量子三能级系统上任意量子逻辑门的直接脉冲级编译
量子物理
2024-10-04 v3
摘要
量子计算机上的高级模拟与计算需要量子操作的高保真实现。通用门集方法从一小组基本门构建复杂酉矩阵，通常导致长门序列，这往往是总累积误差的主要来源。对于具有更高维逻辑单元（如量子三能级系统(qutrit)）的处理器，编译复杂酉矩阵会加剧每个酉矩阵的累积误差，因为需要更长的门序列。最优控制方法有望实现省时省资源的紧凑门序列，从而具备更高保真度。这些方法生成的脉冲可直接在量子设备上实现任意复杂酉矩阵。在这项工作中，我们证明了任意量子比特和量子三能级系统门均可以高保真度实现，这能显著缩短门序列长度。我们为多个量子处理单元(QPU)上大量随机选取的任意酉矩阵生成并测试了脉冲：LLNL量子器件与集成测试台(QuDIT)标准QPU，以及Rigetti的三款QPU：Ankaa-2、Ankaa-9Q-1和Aspen-M-3。在QuDIT平台的标准QPU上，随机量子三能级系统门的平均保真度为常规量子过程层析(QPT)测得的97.9±0.5%，以及门折叠QPT的98.8±0.6%。Rigetti的Ankaa-2实现随机量子比特门的平均保真度为98.4±0.5%（常规QPT）和99.7±0.1%（门折叠QPT）。在Ankaa-9Q-1和Aspen-M-3上，常规量子比特QPT测量的平均保真度高于99%。我们表明最优控制门至少在三小时内对漂移具有鲁棒性，且相同校准参数可用于所有已实现的门。我们的工作表明，最优控制门的校准开销可降至足够小，从而基于该技术实现高效量子电路。
引用
@article{arxiv.2303.04261,
title = {Direct pulse-level compilation of arbitrary quantum logic gates on superconducting qutrits},
author = {Yujin Cho and Kristin M. Beck and Alessandro R. Castelli and Kyle A. Wendt and Bram Evert and Matthew J. Reagor and Jonathan L DuBois},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.04261},
year = {2024}
}
备注
13 pages, 8 figures