論文の概要: Qudit entanglers using quantum optimal control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.08799v2
- Date: Tue, 27 Jun 2023 18:06:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-29 18:20:19.616811
- Title: Qudit entanglers using quantum optimal control
- Title（参考訳）: 量子最適制御を用いた量子エンタングル
- Authors: Sivaprasad Omanakuttan, Anupam Mitra, Eric J. Meier, Michael J. Martin
and Ivan H Deutsch
- Abstract要約: 本稿では,量子最適制御の2つの手法を用いて,量子論理ゲートの2量子絡み合いの発生について検討する。
高忠実なエンタングゲートを作成するための効率的なプロトコルを見つける。
これは量子情報処理の様々な応用を探求する強力なプラットフォームを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We study the generation of two-qudit entangling quantum logic gates using two
techniques in quantum optimal control. We take advantage of both continuous,
Lie-algebraic control and digital, Lie-group control. In both cases, the key is
access to a time-dependent Hamiltonian which can generate an arbitrary unitary
matrix in the group SU($d^2$). We find efficient protocols for creating
high-fidelity entangling gates. As a test of our theory, we study the case of
qudits robustly encoded in nuclear spins of alkaline earth atoms and
manipulated with magnetic and optical fields, with entangling interactions
arising from the well-known Rydberg blockade. We applied this in a case study
based on a $d=10$ dimensional qudit encoded in the $I=9/2$ nuclear spin in
$^{87}$Sr, controlled through a combination of nuclear spin-resonance, a tensor
AC-Stark shift, and Rydberg dressing, which allows us to generate an arbitrary
symmetric entangling two-qudit gate such as CPhase. Our techniques can be used
to implement qudit entangling gates for any $2\le d \le10$ encoded in the
nuclear spin. We also studied how decoherence due to the finite lifetime of the
Rydberg states affects the creation of the CPhase gate and found, through
numerical optimization, a fidelity of $0.9985$, $0.9980$, $0.9942$, and
$0.9800$ for $d=2$, $d=3$, $d=5$, and $d=7$ respectively. This provides a
powerful platform to explore the various applications of quantum information
processing of qudits including metrological enhancement with qudits, quantum
simulation, universal quantum computation, and quantum error correction.
- Abstract（参考訳）: 量子最適制御における2つの手法を用いて、2つの量子論理ゲートの絡み合い生成について検討する。
連続的なリー代数制御とデジタルリー群制御の両方を利用する。
どちらの場合も鍵は時間依存ハミルトニアンへのアクセスであり、これは群 SU($d^2$) において任意のユニタリ行列を生成することができる。
高度に密着するゲートを作るための効率的なプロトコルを見つける。
この理論のテストとして、アルカリ土類原子の核スピンに強くエンコードされ、磁気と光学で操作されるクアディットのケースを、よく知られたRydbergブロッキングから生じる絡み合い相互作用を用いて研究した。
我々はこれを、核スピン共鳴、テンソルAC-スタークシフト、およびライドバーグドレッシングの組み合わせによって制御された$I=9/2$核スピンに符号化された$d=10$次元のquditに基づくケーススタディに適用し、CPhaseのような任意の対称な2量子ゲートを生成できることを示した。
我々の技術は核スピンに符号化された$2\le d \le10$のクディットエンタングゲートを実装するのに利用できる。
また、リドベルク状態の有限寿命によるデコヒーレンスがCPhaseゲートの生成にどのように影響するかを調べた結果、数値最適化により、$0.9985$, $0.9980$, $0.9942$, $0.9800$ for $d=2$, $d=3$, $d=5$, $d=7$のフィディリティが得られた。
これにより、クォーディットによる量子情報処理、量子シミュレーション、普遍量子計算、量子誤り訂正などの量子情報処理の様々な応用を探索する強力なプラットフォームを提供する。
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