論文の概要: Erasure conversion in a high-fidelity Rydberg quantum simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.03406v2
- Date: Thu, 12 Oct 2023 06:58:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-16 03:52:27.984007
- Title: Erasure conversion in a high-fidelity Rydberg quantum simulator
- Title（参考訳）: 高忠実度rydberg量子シミュレータにおける消去変換
- Authors: Pascal Scholl, Adam L. Shaw, Richard Bing-Shiun Tsai, Ran Finkelstein,
Joonhee Choi, Manuel Endres
- Abstract要約: 我々は、Rydberg量子シミュレータを用いて、消去変換と高忠実なベル状態生成を示す。
消去誤差が観測されたデータを抽出すると、ベル状態生成フィデリティが$geq 0.9971+10_-13$となり、残状態準備エラーの修正時に$geq0.9985+7_-12$に改善される。
我々の研究は、Rydbergをベースとしたエンタングルメントが$sim 0.999$体制で忠実に到達できることを実証している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9514210525254785
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Minimizing and understanding errors is critical for quantum science, both in
noisy intermediate scale quantum (NISQ) devices and for the quest towards
fault-tolerant quantum computation. Rydberg arrays have emerged as a prominent
platform in this context with impressive system sizes and proposals suggesting
how error-correction thresholds could be significantly improved by detecting
leakage errors with single-atom resolution, a form of erasure error conversion.
However, two-qubit entanglement fidelities in Rydberg atom arrays have lagged
behind competitors and this type of erasure conversion is yet to be realized
for matter-based qubits in general. Here we demonstrate both erasure conversion
and high-fidelity Bell state generation using a Rydberg quantum simulator. We
implement erasure conversion via fast imaging of alkaline-earth atoms, which
leaves atoms in a metastable state unperturbed and yields additional
information independent of the final qubit readout. When excising data with
observed erasure errors, we achieve a lower-bound for the Bell state generation
fidelity of ${\geq} 0.9971^{+10}_{-13}$, which improves to
${\geq}0.9985^{+7}_{-12}$ when correcting for remaining state preparation
errors. We further demonstrate erasure conversion in a quantum simulation
experiment for quasi-adiabatic preparation of long-range order across a quantum
phase transition, where we explicitly differentiate erasure conversion of
preparation and Rydberg decay errors. We unveil the otherwise hidden impact of
these errors on the simulation outcome by evaluating correlations between
erasures and the final readout as well as between erasures themselves. Our work
demonstrates the capability for Rydberg-based entanglement to reach fidelities
in the ${\sim} 0.999$ regime, with higher fidelities a question of technical
improvements, and shows how erasure conversion can be utilized in NISQ devices.
- Abstract（参考訳）: エラーの最小化と理解は、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスとフォールトトレラント量子計算への探求の両方において、量子科学にとって重要である。
Rydberg配列はこの文脈で顕著なプラットフォームとして現れ、システムサイズと提案は、エラー訂正しきい値が、単一原子分解能によるリークエラーを検出することで、どのように大幅に改善できるかを示唆している。
しかし、ライドバーグ原子配列の2量子絡み合いは競合に遅れており、このタイプの消去変換は一般に物質ベースの量子ビットでは実現されていない。
ここでは、rydberg量子シミュレータを用いて、消去変換と高忠実度ベル状態生成の両方を実証する。
我々は,準安定状態にある原子を不安定に残し,最終量子ビット読み出しに依存しない付加情報を得るアルカリ-地球原子の高速イメージングによる消去変換を実現する。
観測された消去誤差のあるデータを抽出すると、${\geq} 0.9971^{+10}_{-13}$のベル状態生成忠実性が低くなり、残りの状態準備誤差の補正時に${\geq}0.9985^{+7}_{-12}$に改善される。
さらに, 量子相転移における長距離秩序の準断熱的準備のための量子シミュレーション実験において, 消去変換とライドバーグ崩壊の誤差を明確に区別する。
我々は,これらの誤りがシミュレーション結果に与える影響を,消去と最終読み出しの相関や消去そのものを評価することによって明らかにする。
我々の研究は、Rydbergベースのエンタングルメントが${\sim} 0.999$レジームの忠実度に達する能力を示し、高い忠実度は技術的改善の問題であり、NISQデバイスでどのように消去変換を利用できるかを示している。
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