Quantum Process Tomography with Digital Twins of Error Matrices
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2025
Accurate and robust quantum process tomography (QPT) is crucial for verifying quantum gates and diagnosing implementation faults in experiments aimed at building universal quantum computers. However, the reliability of QPT protocols is often compromised by faulty probes, particularly state preparation and measurement (SPAM) errors, which introduce fundamental inconsistencies in traditional QPT algorithms. We propose and investigate enhanced QPT for multiqubit systems by integrating the error matrix in a digital twin of the identity process matrix, enabling statistical refinement of SPAM error learning and improving QPT precision. Through numerical simulations, we demonstrate that our approach enables highly accurate and faithful process characterization. We further validate our method experimentally in superconducting quantum processors, achieving at least an order-of-magnitude fidelity improvement over standard QPT. Our results provide a practical and precise method for assessing quantum gate fidelity and enhancing QPT on a given hardware.
Författare
Tangyou Huang
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Aalto-Yliopisto
Akshay Gaikwad
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik
Ilya Moskalenko
Aalto-Yliopisto
Anuj Aggarwal
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Tahereh Abad
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik
Marko Kuzmanović
Aalto-Yliopisto
Yu Han Chang
Aalto-Yliopisto
Ognjen Stanisavljević
Aalto-Yliopisto
Emil Hogedal
Kvantteknologi doktorander
Christopher Warren
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Irshad Ahmad
Kvantteknologi postdocs
Janka Biznárová
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Amr Osman
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Mamta Mamta
Kvantteknologi postdocs
Marcus Rommel
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Nanotekniklaboratoriet
Anita Fadavi Roudsari
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Andreas Nylander
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Liangyu Chen
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Jonas Bylander
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Gheorghe Sorin Paraoanu
Aalto-Yliopisto
Anton Frisk Kockum
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik
Giovanna Sammarco Tancredi
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi
Physical Review Letters
0031-9007 (ISSN) 1079-7114 (eISSN)
Vol. 135 23 230601Kvantsimulering och kvantkommunikation med stora atomer
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (FFL21-0279), 2022-08-01 -- 2027-12-31.
Wallenberg Centre for Quantum Technology (WACQT)
Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse (KAW 2017.0449, KAW2021.0009, KAW2022.0006), 2018-01-01 -- 2030-03-31.
Ämneskategorier (SSIF 2025)
Datavetenskap (datalogi)
Infrastruktur
Myfab (inkl. Nanotekniklaboratoriet)
DOI
10.1103/dpgy-rtxr