論文の概要: Cold ion beam in a storage ring as a platform for large-scale quantum
computers and simulators: challenges and directions for research and
development
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.04247v1
- Date: Tue, 12 Jan 2021 00:52:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-17 00:49:35.151783
- Title: Cold ion beam in a storage ring as a platform for large-scale quantum
computers and simulators: challenges and directions for research and
development
- Title（参考訳）: 大規模量子コンピュータとシミュレータのプラットフォームとしての記憶リングにおける冷イオンビーム--研究・開発への挑戦と方向性
- Authors: Timur Shaftan, Boris B. Blinov
- Abstract要約: スケーラブル量子コンピューティング(QC)と量子シミュレーション(QS)のためのプラットフォームとして、多数のイオンを保存、冷却、制御できる大規模ストレージリング型イオントラップシステム
本稿では,現在最先端の線形イオントラップ装置で利用可能な100個未満から,ストレージリング装置における105個の結晶化イオンの順まで,量子ビット数の面で大きな飛躍的な進歩を考察する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The purpose of this paper is to evaluate the possibility of constructing a
large-scale storage-ring-type ion-trap system capable of storing, cooling, and
controlling a large number of ions as a platform for scalable quantum computing
(QC) and quantum simulations (QS). In such a trap, the ions form a crystalline
beam moving along a circular path with a constant velocity determined by the
frequency and intensity of the cooling lasers. In this paper we consider a
large leap forward in terms of the number of qubits, from fewer than 100
available in state-of-the-art linear ion-trap devices today to an order of 105
crystallized ions in the storage-ring setup. This new trap design unifies two
different concepts: the storage rings of charged particles and the linear ion
traps used for QC and mass spectrometry. In this paper we use the language of
particle accelerators to discuss the ion state and dynamics. We outline the
differences between the above concepts, analyze challenges of the large ring
with a revolving beam of ions, and propose goals for the research and
development required to enable future quantum computers with 1000 times more
qubits than available today. The challenge of creating such a large-scale
quantum system while maintaining the necessary coherence of the qubits and the
high fidelity of quantum logic operations is significant. Performing analog
quantum simulations may be an achievable initial goal for such a device.
Quantum simulations of complex quantum systems will move forward both the
fundamental science and the applied research. Nuclear and particle physics,
many-body quantum systems, lattice gauge theories, and nuclear structure
calculations are just a few examples in which a large-scale quantum simulation
system would be a very powerful tool to move forward our understanding of
nature.
- Abstract（参考訳）: 本研究の目的は,スケーラブル量子コンピューティング(qc)と量子シミュレーション(qs)のためのプラットフォームとして,多数のイオンを蓄積・冷却・制御可能な大規模記憶リング型イオントラップシステムを構築する可能性を評価することである。
このようなトラップでは、イオンは冷却レーザの周波数と強度によって一定速度で円路に沿って移動する結晶ビームを形成する。
本稿では,現在最先端の線形イオントラップ装置で利用可能な100個未満から,ストレージリング装置における105個の結晶化イオンの順まで,量子ビット数の面で大きな飛躍的な進歩を考察する。
この新しいトラップ設計は、荷電粒子の貯蔵リングとQCと質量分析に使用される線形イオントラップの2つの異なる概念を統一する。
本稿では粒子加速器の言語を用いてイオン状態と動力学について論じる。
上記の概念の違いを概説し、回転するイオンビームで大きな環の課題を分析し、現在の1000倍の量子ビットを持つ将来の量子コンピュータを実現するために必要な研究と開発のための目標を提案する。
このような大規模量子システムを作成する上で、量子ビットのコヒーレンスと量子論理演算の高忠実さを維持しながら課題となる。
アナログ量子シミュレーションを実行することは、そのようなデバイスに対する達成可能な初期目標である。
複雑な量子システムの量子シミュレーションは、基礎科学と応用研究の両方を前進させる。
原子核と素粒子物理学、多体量子システム、格子ゲージ理論、原子核構造計算は、大規模な量子シミュレーションシステムが自然の理解を進める上で非常に強力なツールになる数少ない例である。
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