論文の概要: High-fidelity parallel entangling gates on a neutral atom quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.05420v1
• Date: Tue, 11 Apr 2023 18:00:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-13 17:02:04.804835
• Title: High-fidelity parallel entangling gates on a neutral atom quantum computer
• Title（参考訳）: 中性原子量子コンピュータ上の高忠実性並列絡み合いゲート
• Authors: Simon J. Evered, Dolev Bluvstein, Marcin Kalinowski, Sepehr Ebadi, Tom Manovitz, Hengyun Zhou, Sophie H. Li, Alexandra A. Geim, Tout T. Wang, Nishad Maskara, Harry Levine, Giulia Semeghini, Markus Greiner, Vladan Vuletic, Mikhail D. Lukin
• Abstract要約: 最大60個の原子に99.5%の忠実度を持つ2量子エンタングリングゲートの実現を報告した。 これらの進歩は、量子アルゴリズム、誤り訂正回路、デジタルシミュレーションの大規模実装の基礎となった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.74498230885008
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The ability to perform entangling quantum operations with low error rates in a scalable fashion is a central element of useful quantum information processing. Neutral atom arrays have recently emerged as a promising quantum computing platform, featuring coherent control over hundreds of qubits and any-to-any gate connectivity in a flexible, dynamically reconfigurable architecture. The major outstanding challenge has been to reduce errors in entangling operations mediated through Rydberg interactions. Here we report the realization of two-qubit entangling gates with 99.5% fidelity on up to 60 atoms in parallel, surpassing the surface code threshold for error correction. Our method employs fast single-pulse gates based on optimal control, atomic dark states to reduce scattering, and improvements to Rydberg excitation and atom cooling. We benchmark fidelity using several methods based on repeated gate applications, characterize the physical error sources, and outline future improvements. Finally, we generalize our method to design entangling gates involving a higher number of qubits, which we demonstrate by realizing low-error three-qubit gates. By enabling high-fidelity operation in a scalable, highly connected system, these advances lay the groundwork for large-scale implementation of quantum algorithms, error-corrected circuits, and digital simulations.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルな方法で低いエラー率で量子演算を絡み合わせる能力は、有用な量子情報処理の中心的な要素である。 ニュートラル原子配列は、数百量子ビットのコヒーレントな制御と、フレキシブルで動的に再構成可能なアーキテクチャにおける任意のゲート接続を特徴とする、有望な量子コンピューティングプラットフォームとして最近登場した。 最大の課題は、Rydberg の相互作用を介するエンタングリング操作におけるエラーを減らすことである。 本稿では、最大60個の原子に99.5%の忠実度を持つ2量子ビットエンタングゲートを並列に実現し、誤差補正のための表面符号閾値を上回った。 提案手法では, 最適制御に基づく高速単一パルスゲート, 散乱低減のための原子暗黒状態, およびRydberg励起および原子冷却の改善を利用する。 我々は、繰り返しゲートアプリケーションに基づく複数の手法を用いて忠実度をベンチマークし、物理的エラー源を特徴付け、今後の改善について概説する。 最後に,より多数のキュービットを含む絡み合うゲートの設計法を一般化し,低エラー3キュービットゲートを実現することで実証する。 スケーラブルで高接続のシステムで高忠実な操作を可能にすることで、これらの進歩は量子アルゴリズム、誤り訂正回路、デジタルシミュレーションの大規模実装の基礎となった。

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