論文の概要: A high-fidelity method for a single-step $N$-bit Toffoli gate in trapped
ions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.08490v1
- Date: Fri, 16 Oct 2020 16:43:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-28 22:02:45.399294
- Title: A high-fidelity method for a single-step $N$-bit Toffoli gate in trapped
ions
- Title（参考訳）: 捕捉イオン中の1ステップ$n$-bit toffoliゲートの高精度化法
- Authors: Juan Diego Arias Espinoza, Koen Groenland, Matteo Mazzanti, Kareljan
Schoutens and Rene Gerritsma
- Abstract要約: 条件付きマルチキュービットゲートは、精巧な量子アルゴリズムの鍵となる要素である。
フォノンを介するIsing相互作用の断熱スイッチングに基づく解を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Conditional multi-qubit gates are a key component for elaborate quantum
algorithms. In a recent work, Rasmussen et al. (Phys. Rev. A 101, 022308)
proposed an efficient single-step method for a prototypical multi-qubit gate, a
Toffoli gate, based on a combination of Ising interactions between control
qubits and an appropriate driving field on a target qubit. Trapped ions are a
natural platform to implement this method, since Ising interactions mediated by
phonons have been demonstrated in increasingly large ion crystals. However, the
simultaneous application of these interactions and the driving field required
for the gate results in undesired entanglement between the qubits and the
motion of the ions, reducing the gate fidelity. In this work, we propose a
solution based on adiabatic switching of these phonon mediated Ising
interactions. We study the effects of imperfect ground state cooling, and use
spin-echo techniques to undo unwanted phase accumulation in the achievable
fidelities. For gates coupling to all axial modes of a linear crystal, we
calculate high fidelities ($>$ 99%) $N$-qubit rotations with $N=$ 3-7 ions
cooled to their ground state of motion and a gate time below 1~ms. The high
fidelities obtained also for large crystals could make the gate competitive
with gate-decomposed, multi-step variants of the $N$-qubit Toffoli gate, at the
expense of requiring ground state cooling of the ion crystal.
- Abstract（参考訳）: 条件付きマルチキュービットゲートは、精巧な量子アルゴリズムの鍵となる要素である。
rasmussen et al. (phys. rev. a 101, 022308) は最近の研究で、制御キュービット間のイジング相互作用とターゲットキュービット上の適切な駆動フィールドの組み合わせに基づいて、原型的マルチキュービットゲートである toffoli ゲートの効率的な単一ステップ法を提案した。
トラップイオンは、フォノンを介するイジング相互作用が、ますます大きなイオン結晶で実証されているため、この方法を実装するための自然なプラットフォームである。
しかし、これらの相互作用の同時適用とゲートに必要な駆動場は、クビットとイオンの運動の間に望ましくない絡み合いが生じ、ゲートの忠実度が低下する。
本研究では,これらのフォノンを介するIsing相互作用の断熱スイッチングに基づく解を提案する。
地中冷却の不完全性について検討し, スピンエコー法を応用し, 実現可能な粒子中の不必要な相の蓄積を解消する。
線形結晶のすべての軸モードに結合するゲートに対して、高忠実度(=99%)$N$-qubit回転をN=$ 3-7イオンで計算し、その基底状態と1〜ms以下のゲート時間に冷却する。
大型結晶でも得られた高忠実度は、イオン結晶の基底状態の冷却を必要とせず、ゲート分解されたN$-qubitトフォリゲートの多段変種と競合する可能性がある。
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