論文の概要: Feasibility study on ground-state cooling and single-phonon readout of
trapped electrons using hybrid quantum systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.07957v2
- Date: Tue, 16 Aug 2022 14:33:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-16 16:55:23.982834
- Title: Feasibility study on ground-state cooling and single-phonon readout of
trapped electrons using hybrid quantum systems
- Title（参考訳）: ハイブリッド量子システムを用いた捕捉電子の基底状態冷却と単一フォノン再生に関する研究
- Authors: Alto Osada, Kento Taniguchi, Masato Shigefuji and Atsushi Noguchi
- Abstract要約: 捕獲された電子の運動状態を制御することは重要な問題である。
固定された電子の運動状態の基底状態の冷却と単一フォノンの読み出しが可能であることを示す。
- 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: Qubits of long coherence time and fast quantum operations are long-sought
objectives towards the realization of high-fidelity quantum operations and
their applications to the quantum technologies. An electron levitated in a
vacuum by a Paul trap is expected to be a good candidate, for its light mass
and hence the high secular frequency which allows for the faster gate
operations than those in trapped ions. Controlling the motional state of the
trapped electron is a crucial issue, for it mediates an interaction between
electron spins, intrinsic qubits embedded in electrons, and its decoherence
results in degraded fidelity of two-qubit gates. In addition, an efficient
readout of the motional state is important, regarding the possibility of
detecting spin state by using it. Despite of such an importance, how to achieve
the motional ground state and how to efficiently detect it are not reported so
far. Here we propose methods addressing these issues by utilizing hybrid
quantum systems involving electron-superconducting circuit and electron-ion
coupled systems and analyze the feasibility of our schemes. In both systems, we
show that the ground-state cooling and the single-phonon readout of the
motional state of the trapped electron are possible. Our work shed light on the
way to precisely control the motional states of the trapped electrons, that
provides an interesting playground for the development of quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 長いコヒーレンス時間と高速な量子演算の量子ビットは、高忠実性量子演算の実現と量子技術への応用に向けた長い目標である。
ポールトラップによって真空に浮かぶ電子は、その軽い質量と、捕獲されたイオンよりも速いゲート操作を可能にする高周期周波数のために良い候補であると考えられている。
捕獲された電子の運動状態を制御することは重要な問題であり、電子スピン、電子に埋め込まれた固有量子ビット間の相互作用を媒介し、その脱コヒーレンスにより2量子ゲートの劣化が生じる。
また、それを用いたスピン状態検出の可能性について、運動状態の効率的な読み出しが重要である。
このような重要性にもかかわらず、運動基底状態の達成方法や効率的に検出する方法は今のところ報告されていない。
本稿では,電子-超伝導回路と電子-イオン結合系を含むハイブリッド量子システムを用いて,これらの問題に対処する手法を提案する。
両系とも、捕捉された電子の運動状態の基底状態の冷却と単一フォノンの読み出しが可能であることを示す。
我々の研究は、捕捉された電子の運動状態を正確に制御する方法に光を当てた。
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