論文の概要: Roadmap for Rare-earth Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.15743v1
• Date: Mon, 29 Mar 2021 16:28:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-06 06:01:17.128680
• Title: Roadmap for Rare-earth Quantum Computing
• Title（参考訳）: 希土類量子コンピューティングのロードマップ
• Authors: Adam Kinos, David Hunger, Roman Kolesov, Klaus M{\o}lmer, Hugues de Riedmatten, Philippe Goldner, Alexandre Tallaire, Loic Morvan, Perrine Berger, Sacha Welinski, Khaled Karrai, Lars Rippe, Stefan Kr\"oll, and Andreas Walther
• Abstract要約: 固体中の希土類イオンは、将来の量子技術の最も多用途なプラットフォームの一つである。 1つの利点は、固体マトリックス内の強い自然トラップに閉じ込められたとしても、良好なコヒーレンス特性である。 50-100個のREイオンのクラスタは、小さなプロセッサで高忠実度量子ビットとして機能する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 42.0895440675898
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Several platforms are being considered as hardware for quantum technologies. For quantum computing (QC), superconducting qubits and artificially trapped ions are among the leading platforms, but many others also show promise, e.g. photons, cold atoms, defect centers including Rare-Earth (RE) ions. So far, results are limited to the regime of noisy intermediate scale qubits (NISQ), with a small number of qubits and a limited connectivity, and it is likely that future QC hardware will utilize several existing platforms in different ways. Thus, it currently makes sense to invest resources broadly and explore the full range of promising routes to quantum technology. Rare-earth ions in solids constitute one of the most versatile platforms for future quantum technology. One advantage is good coherence properties even when confined in strong natural traps inside a solid-state matrix. This confinement allows very high qubit densities and correspondingly strong ion-ion couplings. In addition, although their fluorescence is generally weak, cavity integration can enhance the emission greatly and enable very good connections to photonic circuits, including at the telecom wavelengths, making them promising systems for long-term scalability. The primary aim of this roadmap is to provide a complete picture of what components a RE quantum computer would consist of, to describe the details of all parts required to achieve a scalable system, and to discuss the most promising paths to reach it. In brief, we find that clusters of 50-100 single RE ions can act as high fidelity qubits in small processors, occupying only about (10 nm)^3. Due to the high capacity for integration of the RE systems, they be optically read out and connected to other such clusters for larger scalability. We make suggestions for future improvements, which could allow the REQC platform to be a leading one.
• Abstract（参考訳）: いくつかのプラットフォームは量子技術のハードウェアと見なされている。 量子コンピューティング(QC)では、超伝導量子ビットと人工的に閉じ込められたイオンが主要なプラットフォームであるが、光子、低温原子、希土類(RE)イオンを含む欠陥中心といった多くの公約も示している。 これまでのところ、結果はノイズの多い中間量子ビット(NISQ)に限られており、少数の量子ビットと限られた接続性があり、将来のQCハードウェアは様々な方法で既存のプラットフォームを利用する可能性が高い。 したがって、現在、リソースを幅広く投資し、量子技術への有望な全ルートを探索することは理にかなっている。 固体中の希土類イオンは、将来の量子技術の最も多用途なプラットフォームの一つである。 一つの利点は、固体マトリックス内の強い天然トラップに閉じ込められた場合でも、コヒーレンス性が良いことである。 この閉じ込めは、非常に高い量子ビット密度と対応する強いイオン-イオンカップリングを可能にする。 加えて、その蛍光は一般的に弱いが、キャビティ統合は発光を大きく増強し、通信波長を含むフォトニック回路と非常に良好な接続を可能にするため、長期的なスケーラビリティに有望なシステムとなる。 このロードマップの主な目的は、RE量子コンピュータが構成するコンポーネントの全体像を提供し、スケーラブルなシステムを実現するために必要なすべての部分の詳細を記述し、それに到達するための最も有望なパスについて議論することである。 簡単に言うと、50-100個の単一レイオンのクラスターは、小さなプロセッサで高忠実性量子ビットとして振る舞うことができ、わずか約(10 nm)^3を占める。 REシステムの統合能力が高いため、光学的に読み出して他のクラスタに接続して拡張性を高めることができる。 今後の改善を提案しており、REQCプラットフォームが主要なものとなる可能性がある。

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