Extensive characterization and implementation of a family of three-qubit gates at the coherence limit
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2023

While all quantum algorithms can be expressed in terms of single-qubit and two-qubit gates, more expressive gate sets can help reduce the algorithmic depth. This is important in the presence of gate errors, especially those due to decoherence. Using superconducting qubits, we have implemented a three-qubit gate by simultaneously applying two-qubit operations, thereby realizing a three-body interaction. This method straightforwardly extends to other quantum hardware architectures, requires only a firmware upgrade to implement, and is faster than its constituent two-qubit gates. The three-qubit gate represents an entire family of operations, creating flexibility in the quantum-circuit compilation. We demonstrate a process fidelity of 97.90%, which is near the coherence limit of our device. We then generate two classes of entangled states, the Greenberger–Horne–Zeilinger and Dicke states, by applying the new gate only once; in comparison, decompositions into the standard gate set would have a two-qubit gate depth of two and three, respectively. Finally, we combine characterization methods and analyze the experimental and statistical errors in the fidelity of the gates and of the target states.

Författare

Christopher Warren

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Jorge Fernández-Pendás

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Shahnawaz Ahmed

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Tahereh Abad

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Andreas Bengtsson

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Janka Biznárová

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Kamanasish Debnath

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Xiu Gu

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Christian Krizan

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Amr Osman

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Anita Fadavi Roudsari

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Per Delsing

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Göran Johansson

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Anton Frisk Kockum

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Giovanna Tancredi

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Jonas Bylander

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

npj Quantum Information

20566387 (eISSN)

Vol. 9 1 44

An Open Superconducting Quantum Computer (OpenSuperQ)

Europeiska kommissionen (EU) (EC/H2020/820363), 2018-10-01 -- 2021-09-30.

Ämneskategorier

Datorteknik

Atom- och molekylfysik och optik

DOI

10.1038/s41534-023-00711-x

Mer information

Senast uppdaterat

2023-05-26