論文の概要: Efficiently preparing Schr\"odinger's cat, fractons and non-Abelian
topological order in quantum devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.03061v2
- Date: Thu, 6 Jan 2022 17:31:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-06 02:02:56.686489
- Title: Efficiently preparing Schr\"odinger's cat, fractons and non-Abelian
topological order in quantum devices
- Title（参考訳）: 量子デバイスにおけるschr\"odinger's cat, fractons and non-abelian topological orderの効率的作成
- Authors: Ruben Verresen, Nathanan Tantivasadakarn, Ashvin Vishwanath
- Abstract要約: 猫の状態や位相秩序のような長い距離の絡み合った量子状態は、量子力学と情報目的にとって鍵となる。
本稿では, 既存の実験プラットフォームを用いて, 広い範囲の長い絡み合った状態に対して, 確実に準備する方法を提案する。
興味深いことに、このプロトコルは1D Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 'cat'状態と2Dトーリックコードを作成し、サイトごとの忠実度は0.9999$を超える。
- 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: Long-range entangled quantum states -- like cat states and topological order
-- are key for quantum metrology and information purposes, but they cannot be
prepared by any scalable unitary process. Intriguingly, using measurements as
an additional ingredient could circumvent such no-go theorems. However,
efficient schemes are known for only a limited class of long-range entangled
states, and their implementation on existing quantum devices via a sequence of
gates and measurements is hampered by high overheads. Here we resolve these
problems, proposing how to scalably prepare a broad range of long-range
entangled states with the use of existing experimental platforms. Our two-step
process finds an ideal implementation in Rydberg atom arrays, only requiring
time-evolution under the intrinsic atomic interactions, followed by measuring a
single sublattice (by using, e.g., two atom species). Remarkably, this protocol
can prepare the 1D Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 'cat' state and 2D toric
code with fidelity per site exceeding $0.9999$, and a 3D fracton state with
fidelity $\gtrapprox 0.998$. In light of recent experiments showcasing 3D
Rydberg atom arrays, this paves the way to the first experimental realization
of fracton order. While the above examples are based on efficiently preparing
and measuring cluster states, we also propose a multi-step procedure to create
$S_3$ and $D_4$ non-Abelian topological order in Rydberg atom arrays and other
quantum devices -- offering a route towards universal topological quantum
computation.
- Abstract（参考訳）: 猫の状態やトポロジカル秩序のような長距離の絡み合った量子状態は、量子力学と情報目的の鍵であるが、スケーラブルなユニタリプロセスでは準備できない。
興味深いことに、測定を追加の成分として使うと、そのようなノーゴー定理を回避できる。
しかし、効率的なスキームは長距離絡み合い状態の限られたクラスでしか知られておらず、ゲートと測定の連続による既存の量子デバイスへの実装は高いオーバーヘッドによって妨げられている。
そこで我々は, 既存の実験プラットフォームを用いて, 広範囲にわたる絡み合った状態をスカラブルに作成する方法を提案する。
我々の2段階のプロセスは、Rydberg原子配列の理想的な実装を見つけ、固有の原子相互作用の下で時間進化を必要とするだけであり、続いて1つのサブラチテン(例えば2つの原子種)を測定する。
注目すべきは、このプロトコルは、1D Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 'cat'状態と2Dトーリックコードを作成し、サイトあたりの忠実度は0.9999ドルを超え、3Dフラクトン状態は$\gtrapprox 0.998$である。
最近の3d rydberg原子配列の実験結果を踏まえると、これはフラクトン秩序の最初の実験的実現への道を開く。
上記の例は、クラスタ状態の効率的な準備と測定に基づいているが、Rydberg原子配列やその他の量子デバイスにおいて、$S_3$および$D_4$非アベリア位相秩序を生成するための多段階手順も提案する。
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