Overcoming the Speed-Fidelity Trade-Off in Fast cz Gates via Cyclic Control

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作者
Anonymous,Hai-Feng Zhang,Tian-Le Wang,Xiao-Yan Yang,Peng Wang,Ren-Ze Zhao,Sheng Zhang,Zhi-Fei Li,Yuan Wu,Zi-Hao Fu,Sheng-Ri Liu,Peng Duan,Guo-Ping Guo
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:137 (6)
标识
DOI:10.1103/xd7q-2kf9
摘要

High-fidelity quantum gates are essential for scalable quantum computation. However, at short durations, short-timescale waveform distortions break the time-reflection symmetry of control pulses, preventing the precise closure of cyclic evolution. This mechanism renders conventional symmetric protocols intrinsically over-constrained. Conventional strategies typically rely on smoothing the pulse envelopes or embedding the interaction pulse within a longer qubit pulse to bypass short-timescale distortions, which inevitably leads to a persistent speed-fidelity trade-off. To overcome this limitation, we introduce a cyclic control strategy based on parameter-space expansion, which restores controllability by incorporating an additional degree of freedom. We experimentally demonstrate this approach in a superconducting controlled-Z gate, achieving robust suppression of coherent errors without increasing gate duration, reducing the average coherent error from 0.27% to 0.12% across multiple two-qubit gates, as validated by cross-entropy benchmarking. Our results establish a general route to fast, high-fidelity cyclic quantum gates beyond the conventional speed-fidelity trade-off.
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