[논문 리뷰] Combining dynamical-decoupling pulses with optimal control theory for improved quantum gates

Matthew Grace, Jason Dominy외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 12.

Laser-Matter Interactions and Applications참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 초전도 큐비트에서 게이트 허용 오차를 향상시키기 위해 동적 분리 펄스와 최적 제어 이론을 조합한 하이브리드 양자 제어 전략을 제안한다. 시스템 파라미터 추정치를 통합하고 연결을 사용하지 않고도 제3차 오차 억제를 구현함으로써, 랑드-젠저 이중준위 모델을 사용한 시뮬레이션에서 π 및 π/2 펄스의 더 높은 강건성과 허용 오차를 달성한다.

ABSTRACT

Department of Photonic Microsystem Technologies (01725),Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM 87185(Dated: May 13, 2011)Constructing high- delity control pulses that are robust to control and sys-tem/environment uctuations is a crucial objective for quantum information process-ing. Using the two-state Landau-Zener model for simulations of a double quantumdot qubit, we generate optimal controls for ˇ- and ˇ=2-pulses, and investigate theirinherent robustness. We nd enhanced robustness through a novel combination ofrecent results from dynamical-decoupling and optimal control of unitary operations.Previous work has shown that general errors up to (but not including) third ordercan be removed from ˇ- and ˇ=2-pulses without concatenation. By systematicallyintegrating methods from dynamical-decoupling and optimal control, and incorpo-rating system parameter estimates, we demonstrate, via a numerical example, thatgate delity may further be improved.

연구 동기 및 목표

• 제어 및 환경 변화 요동이 존재하는 상황에서 양자 게이트의 허용 오차를 향상시키기 위해.
• 연속된 동적 분리 시퀀스에 대한 의존도를 줄이기 위해 내재된 오차 억제 능력을 향상시키기 위해.
• 최적 제어와 동적 분리 원리를 융합하여 단일 큐비트 게이트용 강건한 제어 프레임워크를 개발하기 위해.
• 이중 큐비트 도트 큐비트의 수치 시뮬레이션을 통해 개선된 게이트 성능을 입증하기 위해.

제안 방법

• 이중 큐비트 도트 큐비트 시스템을 시뮬레이션하기 위해 이중준위 랑드-젠저 모델을 사용한다.
• 최적 제어 이론을 적용하여 π 및 π/2 게이트용 고허용 오차 펄스를 설계한다.
• 분리 효과를 억제하고 디코herence 및 제어 오차를 줄이기 위해 동적 분리 기법을 통합한다.
• 최적 제어 프레임워크에 시스템 파라미터 추정치를 통합하여 강건성을 향상시킨다.
• 수치 최적화를 통해 제3차 오차까지 내재된 억제 기능을 가진 펄스를 생성한다.
• 표준 방법과의 비교를 통해 시뮬레이션을 통해 접근 방식의 타당성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적 분리 펄스는 최적 제어와 효과적으로 조합되어 초전도 큐비트에서 게이트 허용 오차를 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 단일 큐비트 게이트에서 연결을 사용하지 않고도 제3차 오차를 어느 정도 억제할 수 있는가?
• RQ3 시스템 파라미터 추정치를 통합할 경우 최적 제어 펄스의 강건성은 어떻게 영향을 받는가?
• RQ4 이 하이브리드 방법은 기존 접근 방식에 비해 게이트 허용 오차에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 하이브리드 방법은 연결된 동적 분리 시퀀스가 필요 없이 제어 및 환경 변화 요동에 대한 강건성을 향상시킨다.
• π 및 π/2 펄스에서 제3차 오차는 통합된 접근 방식을 통해 내재적으로 억제되어 연결이 필요 없어진다.
• 수치 시뮬레이션을 통해 최적 제어 설계에 시스템 파라미터 추정치를 통합할 경우 게이트 허용 오차가 명백히 향상됨을 입증한다.
• 이론적 파rameter 변화가 존재하는 상황에서도 높은 허용 오차를 유지함으로써 실험적 불완전성에 대한 강력한 내성 잠재력을 보여준다.