論文の概要: Integrated optical multi-ion quantum logic

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2002.02258v2
• Date: Mon, 13 Jul 2020 16:52:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-04 14:04:58.957469
• Title: Integrated optical multi-ion quantum logic
• Title（参考訳）: 集積型光多イオン量子論理
• Authors: Karan K. Mehta, Chi Zhang, Maciej Malinowski, Thanh-Long Nguyen, Martin Stadler, Jonathan P. Home
• Abstract要約: イオントラップデバイスに組み込まれた平面ファブリック光学は、そのようなシステムをより堅牢かつ並列化可能にする。 高忠実度マルチイオン量子論理ゲートを実現するために、表面電極イオントラップを併用したスケーラブル光学を用いている。 同様のデバイスは中性原子やイオンベースの量子センシングや時間管理にも応用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.771545115836015
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Practical and useful quantum information processing (QIP) requires significant improvements with respect to current systems, both in error rates of basic operations and in scale. Individual trapped-ion qubits' fundamental qualities are promising for long-term systems, but the optics involved in their precise control are a barrier to scaling. Planar-fabricated optics integrated within ion trap devices can make such systems simultaneously more robust and parallelizable, as suggested by previous work with single ions. Here we use scalable optics co-fabricated with a surface-electrode ion trap to achieve high-fidelity multi-ion quantum logic gates, often the limiting elements in building up the precise, large-scale entanglement essential to quantum computation. Light is efficiently delivered to a trap chip in a cryogenic environment via direct fibre coupling on multiple channels, eliminating the need for beam alignment into vacuum systems and cryostats and lending robustness to vibrations and beam pointing drifts. This allows us to perform ground-state laser cooling of ion motion, and to implement gates generating two-ion entangled states with fidelities $>99.3(2)\%$. This work demonstrates hardware that reduces noise and drifts in sensitive quantum logic, and simultaneously offers a route to practical parallelization for high-fidelity quantum processors. Similar devices may also find applications in neutral atom and ion-based quantum-sensing and timekeeping.
• Abstract（参考訳）: 実用的で有用な量子情報処理(QIP)は、基本的な操作のエラー率とスケールの両方において、現在のシステムに対して大幅な改善を必要とする。 個々のトラップイオン量子ビットの基本特性は長期的なシステムには有望であるが、正確な制御に関わる光学系はスケーリングの障壁である。 イオントラップデバイスに組み込まれた平面ファブリケート光学系は、単一イオンを用いた以前の研究で示唆されたように、そのようなシステムを同時に堅牢かつ並列化することができる。 ここでは、高忠実度マルチイオン量子論理ゲートを実現するために、表面電界イオントラップを併用したスケーラブル光学を用いて、量子計算に不可欠な高精度で大規模な絡み合わせを構築するための制限要素をしばしば提供する。 複数のチャネル上の直接繊維結合を介して低温環境において、光を効率的にトラップチップに供給し、真空システムやクライオスタットへのビームアライメントの必要性をなくし、振動やビームポインティングドリフトにロバスト性を貸与する。 これにより、イオン運動の基底状態レーザー冷却を行い、99.3(2)\%$の2イオン絡み合った状態を生成するゲートを実装することができる。 この研究は、センシティブな量子論理におけるノイズやドリフトを低減するハードウェアを示し、高忠実度量子プロセッサの実用的な並列化への経路を提供する。 同様のデバイスは中性原子やイオンベースの量子センシングや時間管理にも応用できる。

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