論文の概要: Proposal for practical Rydberg quantum gates using a native two-photon excitation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.16605v2
• Date: Wed, 7 Jun 2023 15:19:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-08 18:54:29.758037
• Title: Proposal for practical Rydberg quantum gates using a native two-photon excitation
• Title（参考訳）: ネイティブ2光子励起を用いたrydberg量子ゲートの提案
• Authors: Rui Li, Jing Qian and Weiping Zhang
• Abstract要約: パルス最適化に基づくネイティブ2ビット制御NOTゲートの構築について報告する。 その結果、最適制御のため実験と理論的予測のギャップを減らしただけでなく、より大きな原子配列における遠方の原子量子ビットの接続も容易になった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.83506952039214
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rydberg quantum gate serving as an indispensable computing unit for neutral-atom quantum computation, has attracted intense research efforts for the last decade. However the state-of-the-art experiments have not reached the high gate fidelity as predicted by most theories due to the unexpected large loss remaining in Rydberg and intermediate states. In this paper we report our findings in constructing a native two-qubit controlled-NOT gate based on pulse optimization. We focus on the method of commonly-used two-photon Rydberg excitation with smooth Gaussian-shaped pulses which is straightforward for experimental demonstration. By utilizing optimized pulse shapes the scheme reveals a remarkable reduction in the decays from Rydberg and intermediate states, as well as a high-tolerance to the residual thermal motion of atoms. We extract a conservative lower bound for the gate fidelity > 0.992 after taking into account the experimental imperfections. Our results not only reduce the gap between experimental and theoretical prediction because of the optimal control, but also facilitate the connectivity of distant atomic qubits in a larger atom array by reducing the requirement of strong blockade, which is promising for developing multiqubit quantum computation in large-scale atomic arrays.
• Abstract（参考訳）: Rydbergの量子ゲートは、中性原子量子計算に必要な計算ユニットとして機能し、過去10年間、激しい研究努力を惹きつけてきた。 しかし、最先端の実験は、ライドバーグと中間状態が予期せぬ大きな損失のために、ほとんどの理論で予測されるような高いゲート忠実性に達していない。 本稿では,パルス最適化に基づくネイティブ2ビット制御NOTゲートの構築について報告する。 実験では, 平滑なガウス型パルスを用いた2光子ライドバーグ励起法に注目する。 最適化されたパルス形状を利用することで、rydbergおよび中間状態からの減衰の著しい減少と、原子の残留熱運動に対する高い耐性を示す。 実験不完全性を考慮したゲート忠実度 > 0.992 に対する保存的下界を抽出する。 この結果は, 最適制御による実験と理論的予測のギャップを小さくするだけでなく, 大規模原子配列におけるマルチキュービット量子計算の開発を約束する強い遮断の要求を低減し, 原子配列内の遠方原子量子ビットの接続を容易にする。

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