論文の概要: Scalability and high-efficiency of an $(n+1)$-qubit Toffoli gate sphere
via blockaded Rydberg atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.04599v1
- Date: Tue, 14 Jan 2020 03:00:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-11 13:36:59.629936
- Title: Scalability and high-efficiency of an $(n+1)$-qubit Toffoli gate sphere
via blockaded Rydberg atoms
- Title（参考訳）: ブロックされたRydberg原子による$(n+1)$-qubit Toffoliゲート球のスケーラビリティと高効率性
- Authors: Dongmin Yu, Yichun Gao, Weiping Zhang, Jinming Liu and Jing Qian
- Abstract要約: トフォリゲートの創設への現在のルートは、シーケンシャルな1ビットと2ビットのゲートを実装する必要がある。
我々は、Rydbergブロック機構に基づいて、普遍的な$(n+1)$-qubit Toffoliゲート球を構成するための新しい理論プロトコルを開発した。
その結果, ゲートの誤差は, 不完全な閉塞強度, 自発的な原子損失, 不完全な基底状態の準備に起因していることが示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.151090395769923
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The Toffoli gate serving as a basic building block for reversible quantum
computation, has manifested its great potentials in improving the
error-tolerant rate in quantum communication. While current route to the
creation of Toffoli gate requires implementing sequential single- and two-qubit
gates, limited by longer operation time and lower average fidelity. We develop
a new theoretical protocol to construct a universal $(n+1)$-qubit Toffoli gate
sphere based on the Rydberg blockade mechanism, by constraining the behavior of
one central target atom with $n$ surrounding control atoms. Its merit lies in
the use of only five $\pi$ pulses independent of the control atom number $n$
which leads to the overall gate time as fast as $\sim$125$n$s and the average
fidelity closing to 0.999. The maximal filling number of control atoms can be
up to $n=46$, determined by the spherical diameter which is equal to the
blockade radius, as well as by the nearest neighbor spacing between two
trapped-atom lattices. Taking $n=2,3,4$ as examples we comparably show the gate
performance with experimentally accessible parameters, and confirm that the
gate errors mainly attribute to the imperfect blockade strength, the
spontaneous atomic loss and the imperfect ground-state preparation. In contrast
to an one-dimensional-array configuration it is remarkable that the spherical
atomic sample preserves a high-fidelity output against the increasing of $n$,
shedding light on the study of scalable quantum simulation and entanglement
with multiple neutral atoms.
- Abstract（参考訳）: 可逆量子計算の基本構成要素としてのtoffoliゲートは、量子通信におけるエラー耐性率を改善する上で大きな可能性を示している。
toffoliゲート作成への現在のルートは、長い動作時間と低い平均忠実度で制限された、シーケンシャルな1ビットと2量子ビットのゲートを実装する必要がある。
我々は、rydbergブロック機構に基づく普遍的な$(n+1)$-qubit toffoliゲート球体を構築するための新しい理論的プロトコルを開発した。
その利点は、制御原子番号$n$とは無関係にわずか5$\pi$パルスを使用することで、全体のゲート時間は$\sim$125$n$sとなり、平均忠実度は0.999となる。
制御原子の最大充填数は最大で$n=46$であり、2つの閉じ込められた原子格子の間の近傍の間隔によって決定される。
実例として n=2,3,4$ とすると, ゲートの誤差は, 不完全な閉塞強度, 自発的な原子損失および不完全な基底状態の準備に起因することが確認できる。
1次元アレイ構成とは対照的に、球状原子サンプルは$n$の増加に対して高忠実な出力を保ち、スケーラブルな量子シミュレーションと複数の中性原子との絡み合いの研究に光を当てている。
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