論文の概要: Trapped Ion Quantum Computing using Optical Tweezers and the Magnus Effect

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.04668v1
• Date: Wed, 11 Jan 2023 19:00:09 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-13 15:39:08.461897
• Title: Trapped Ion Quantum Computing using Optical Tweezers and the Magnus Effect
• Title（参考訳）: 光トワイザーとマグヌス効果を用いた閉じ込め型イオン量子計算
• Authors: M. Mazzanti, R. Gerritsma, R. J. C. Spreeuw, and A. Safavi-Naini
• Abstract要約: 密集光ツイーザを用いたトラップイオンにおける量子論理ゲートの実装について検討する。 ツイーザー焦点付近の強い偏光勾配は、イオンに量子状態依存的な力をもたらす。 結晶中のイオン量子ビットの対に量子論理ゲートを実装するために、これらが用いられる可能性があることを示す。
• 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 consider the implementation of quantum logic gates in trapped ions using tightly focused optical tweezers. Strong polarization gradients near the tweezer focus lead to qubit-state dependent forces on the ion. We show that these may be used to implement quantum logic gates on pairs of ion qubits in a crystal. The qubit-state dependent forces generated by this effect live on the plane perpendicular to the direction of propagation of the laser beams opening new ways of coupling to motional modes of an ion crystal. The proposed gate does not require ground state cooling of the ions and does not rely on the Lamb-Dicke approximation, although the waist of the tightly focused beam needs to be comparable with its wavelength in order to achieve the needed field curvature. Furthermore, the gate can be performed on both ground state and magnetic field insensitive clock state qubits without the need for counter-propagating laser fields. This simplifies the setup and eliminates errors due to phase instabilities between the gate laser beams. Finally, we show that imperfections in the gate execution, in particular pointing errors $<30$ nm in the tweezers reduce the gate fidelity from $\mathcal F\gtrsim 0.99998$ to $\gtrsim 0.999$.
• Abstract（参考訳）: 密集光ツイーザを用いたトラップイオンにおける量子論理ゲートの実装について検討する。 トワイザー焦点付近の強い偏光勾配は、イオンの量子状態依存力に繋がる。 これらは結晶中のイオン量子ビットの対に量子論理ゲートを実装するために使われる可能性がある。 この効果によって生じるクビット状態依存力は、イオン結晶の運動モードに結合する新しい方法を開くレーザビームの伝播方向に垂直な平面上に存在する。 提案されたゲートはイオンの基底状態の冷却を必要とせず、ラムダイク近似には依存しないが、密集したビームのウエストは必要な磁場曲率を達成するためにその波長に匹敵する必要がある。 さらに、ゲートは、対向伝搬レーザを必要とせずに、接地状態及び磁界非感受性クロック状態キュービットの両方で実行することができる。 これによりセットアップが簡単になり、ゲートレーザビーム間の位相不安定によるエラーが排除される。 最後に、ゲート実行の不完全性、特にツイーザにおけるエラーを指摘すれば、ゲート忠実度を$\mathcal F\gtrsim 0.99998$から$\gtrsim 0.999$に下げる。

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