[论文解读] Benchmarking Gate Fidelities in a Si/SiGe Two-Qubit Device
本论文利用标准RB、互叠 RB变体，并引入特征化随机基准测试（CRB），对硅自旋量子比特中的单量子比特和两量子比特门进行全面的保真度表征，以可靠提取两量子比特 CPhase 门保真度并分析串扰与误差相关性。
We report the first complete characterization of single-qubit and two-qubit gate fidelities in silicon-based spin qubits, including cross-talk and error correlations between the two qubits. To do so, we use a combination of standard randomized benchmarking and a recently introduced method called character randomized benchmarking, which allows for more reliable estimates of the two-qubit fidelity in this system. Interestingly, with character randomized benchmarking, the two-qubit CPhase gate fidelity can be obtained by studying the additional decay induced by interleaving the CPhase gate in a reference sequence of single-qubit gates only. This work sets the stage for further improvements in all the relevant gate fidelities in silicon spin qubits beyond the error threshold for fault-tolerant quantum computation.
研究动机与目标
- 在一个 Si/SiGe 自旋量子比特器件中表征单量子比特和两量子比特门的保真度。
- 评估两个量子比特之间的串扰和误差相关性。
- 开发并应用特征化随机基准测试（CRB）以获得可靠的两量子比特门保真度。
- 评估互叠基准测试方法以隔离 CPhase 门的保真度。
- 提供相对于硅自旋量子比特容错阈值的性能基准。
提出的方法
- 将对单个量子比特的标准随机基准测试与同时进行的 RB 相结合，以评估串扰。
- 使用互叠 RB 来估计参考序列中某些门的保真度。
- 应用特征化随机基准测试（CRB）以提取解耦的衰减通道和超越多量子比特 Clifford 群的门保真度。
- 在 RB 序列中互叠 CPhase 门，并使用已建立的关系从去极化参数计算门保真度。
- 通过 CRB 分析三个衰减通道：两个单量子比特子空间和两量子比特奇偶子空间。
- 从 CRB 拟合中推断两量子比特误差是独立的还是相关的。
实验结果
研究问题
- RQ1在一个 Si/SiGe 双量子点器件中，Q1 和 Q2 的单量子比特门保真度是多少？
- RQ2同时驱动（串扰）如何影响单量子比特门保真度？
- RQ3在该硅自旋量子比特系统中，CPhase 二量子比特门的保真度是多少？
- RQ4特征化随机基准测试是否能可靠地区分并量化两量子比特系统中的不同误差通道？
- RQ5两量子比特的错误是在每个量子比特上独立的，还是在量子比特之间相关？
主要发现
- 单量子比特门保真度在单独时约为 99%：Q1 = 99.20±0.03% 和 Q2 = 98.79±0.02%。
- 同时进行的单量子比特 RB 将保真度降低到 Q1 的 97.67±0.04% 和 Q2 的 94.26±0.10%，表明存在串扰效应。
- 两量子比特 Clifford 保真度为 82.10±2.75%。
- CRB 参考保真度（同时进行的单量子比特 Clifford 操作）为 91.9±0.1%。
- CRB 与 CPhase 互叠得到的 CPhase 保真度为 92.0±0.5%（两量子比特空间）。
- 在单量子比特空间中的投影 CPhase 保真度范围为 91% 至 95%，取决于控制/目标配置及本征态。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。