論文の概要: Comparison of Spontaneous Emission in Trapped Ion Multi-Qubit Gates at High Magnetic Fields

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.03367v1
• Date: Tue, 6 Dec 2022 23:28:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 17:58:34.629127
• Title: Comparison of Spontaneous Emission in Trapped Ion Multi-Qubit Gates at High Magnetic Fields
• Title（参考訳）: 高磁場における捕捉イオン多量子ゲートの自発発光の比較
• Authors: Allison L. Carter, Sean R. Muleady, Athreya Shankar, Jennifer F. Lilieholm, Bryce B. Bullock, Matthew Affolter, Ana Maria Rey, John J. Bollinger
• Abstract要約: 強磁場中においてイオンを捕捉した量子ゲートに対する自然放出の影響を理論的に検討した。 我々は、光シフトゲートとモルマー・ソレンセンゲートの2種類のゲートを検討し、それぞれのデコヒーレンスエラーを比較した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Penning traps have been used for performing quantum simulations and sensing with hundreds of ions and provide a promising route toward scaling up trapped ion quantum platforms because of the ability to trap and control hundreds or thousands of ions in two- and three-dimensional crystals. In both Penning traps and the more common RF Paul traps, lasers are often used to drive multi-qubit entangling operations. A leading source of decoherence in these operations is off-resonant spontaneous emission. While many trapped ion quantum computers or simulators utilize clock qubits, other systems, especially those with very high magnetic fields such as Penning traps, rely on Zeeman qubits, which require a more complex calculation of this decoherence. We therefore examine theoretically the impacts of spontaneous emission on quantum gates performed with trapped ions in a high magnetic field. In particular, we consider two types of gates -- light-shift gates and Molmer-Sorensen gates -- and compare the decoherence errors in each. Within each gate type, we also compare different operating points with regards to the detunings and polarizations of the laser beams used to drive the gates. We show that both gates can have similar performance at their optimal operating conditions and examine the experimental feasibility of various operating points. Additionally, for the light-shift gate, we make an approximate comparison between the fidelities that can be achieved at high fields with the fidelities of state-of-the-art two-qubit trapped ion quantum gates. We show that, with regards to spontaneous emission, the achievable fidelity of the current NIST configuration is about an order of magnitude below that of the best low-field gates, but we also discuss a number of alternative configurations with potential error rates that are comparable with state-of-the-art trapped ion gates.
• Abstract（参考訳）: ペニングトラップは、数百個のイオンで量子シミュレーションやセンシングを行い、二次元と3次元の結晶で数百から数千個のイオンをトラップし制御できるため、閉じ込められたイオン量子プラットフォームをスケールアップするための有望な経路を提供する。 ペニングトラップとより一般的なRFポールトラップの両方では、レーザーは多ビットエンタングリング動作の駆動にしばしば使用される。 これらの操作におけるデコヒーレンスの主な原因は、オフ共振自発的放出である。 多くの閉じ込められたイオン量子コンピュータやシミュレータはクロック量子ビットを使用するが、他のシステム、特にペニングトラップのような非常に高い磁場を持つシステムはゼーマン量子ビットに依存しており、より複雑なデコヒーレンス計算を必要とする。 そこで, 強磁場中でイオンを捕捉した量子ゲートに対する自然放出の影響を理論的に検討した。 特に,ライトシフトゲートとモルマーソレンセンゲートの2種類のゲートについて検討し,それぞれのデコヒーレンスエラーを比較した。 各ゲートタイプにおいて、ゲートを駆動するレーザービームの変形と偏光に関して異なる動作点を比較する。 両ゲートは最適動作条件下でも同様の性能を示し, 各種動作点の実験的実現可能性について検討する。 さらに、光シフトゲートでは、高磁場で達成できる忠実度と、最先端の2量子ビット閉じ込められたイオン量子ゲートの忠実度とを近似的に比較する。 自然放出に関しては、現在のNIST構成の達成可能な忠実度は、最高のローフィールドゲートの約1桁以下であるが、最先端のイオンゲートに匹敵する潜在的なエラー率を持つ多くの代替構成についても論じる。

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