論文の概要: Optimized Geometric Quantum Computation with mesoscopic ensemble of
Rydberg Atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.03718v1
- Date: Tue, 8 Sep 2020 13:11:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-03 05:16:15.124258
- Title: Optimized Geometric Quantum Computation with mesoscopic ensemble of
Rydberg Atoms
- Title(参考訳): rydberg原子のメゾスコピックアンサンブルによる最適化幾何量子計算
- Authors: Chen-Yue Guo, L.-L. Yan, Shou Zhang, Shi-Lei Su, Weibin Li
- Abstract要約: Rydberg 原子を用いた普遍量子計算を実現するための非断熱的非アベリア幾何量子演算法を提案する。
理論的には、単一量子ビットと2量子ビットの量子ゲートの両方が理想的な状況において99.9%以上の高忠実性を達成することができる。
シミュレーションにより, ゲートレーザのラビ周波数が10%変動しても, 単一アンサンブル量子ゲートでは99.98%, 2量子ゲートでは99.94%となる可能性が示唆された。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 1.3124513975412255
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a nonadiabatic non-Abelian geometric quantum operation scheme to
realize universal quantum computation with mesoscopic Rydberg atoms. A single
control atom entangles a mesoscopic ensemble of target atoms through long-range
interactions between Rydberg states. We demonstrate theoretically that both the
single qubit and two-qubit quantum gates can achieve high fidelities around or
above 99.9% in ideal situations. Besides, to address the experimental issue of
Rabi frequency fluctuation (Rabi error) in Rydberg atom and ensemble, we apply
the dynamical-invariant-based zero systematic-error sensitivity (ZSS) optimal
control theory to the proposed scheme. Our numerical simulations show that the
average fidelity could be 99.98% for single ensemble qubit gate and 99.94% for
two-qubit gate even when the Rabi frequency of the gate laser acquires 10%
fluctuations. We also find that the optimized scheme can also reduce errors
caused by higher-order perturbation terms in deriving the Hamiltonian of the
ensemble atoms. To address the experimental issue of decoherence error between
the ground state and Rydberg levels in Rydberg ensemble, we introduce a
dispersive coupling regime between Rydberg and ground levels, based on which
the Rydberg state is adiabatically discarded. The numerical simulation
demonstrate that the quantum gate is enhanced. By combining strong Rydberg atom
interactions, nonadiabatic geometric quantum computation, dynamical invariant
and optimal control theory together, our scheme shows a new route to construct
fast and robust quantum gates with mesoscopic atomic ensembles. Our study
contributes to the ongoing effort in developing quantum information processing
with Rydberg atoms trapped in optical lattices or tweezer arrays.
- Abstract(参考訳): メソスコピックRydberg原子を用いた普遍量子計算を実現するための非断熱的非アベリア幾何量子演算法を提案する。
単一制御原子は、ライドバーグ状態間の長距離相互作用を通じて標的原子のメソスコピックアンサンブルを絡む。
理論上、単一量子ビットと2量子ビットの量子ゲートの両方が理想的状況において99.9%前後で高いフィディティーを達成できることを実証する。
さらに,Rydberg原子とアンサンブルにおけるRabi周波数変動(Rabi誤差)の実験問題に対処するために,動的不変量に基づくゼロシステマティックエラー感度(ZSS)最適制御理論を提案手法に適用する。
シミュレーションにより, ゲートレーザのラビ周波数が10%変動しても, 単一アンサンブル量子ゲートでは99.98%, 2量子ゲートでは99.94%となる可能性が示唆された。
また、最適化されたスキームは、アンサンブル原子のハミルトニアンを導出する高次摂動項による誤差を低減できる。
Rydberg アンサンブルにおける基底状態とRydberg 準位間のデコヒーレンス誤差の実験的問題に対処するために,Rydberg 準位と基底レベルとの分散結合機構を導入する。
数値シミュレーションは量子ゲートが拡張されていることを示す。
強rydberg原子相互作用,非断熱幾何量子計算,動的不変量および最適制御理論を組み合わせることにより,メゾスコピック原子アンサンブルを用いた高速でロバストな量子ゲートを構築する新しい経路を示す。
本研究は、ライドバーグ原子を光学格子またはツイーザーアレイに閉じ込めた量子情報処理の開発に継続する取り組みに寄与する。
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