論文の概要: High-fidelity gates with mid-circuit erasure conversion in a metastable neutral atom qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.05493v1
• Date: Tue, 9 May 2023 14:46:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-10 19:22:44.199535
• Title: High-fidelity gates with mid-circuit erasure conversion in a metastable neutral atom qubit
• Title（参考訳）: 準安定中性原子量子ビットにおける中間回路消去変換を持つ高忠実ゲート
• Authors: Shuo Ma, Genyue Liu, Pai Peng, Bichen Zhang, Sven Jandura, Jahan Claes, Alex P. Burgers, Guido Pupillo, Shruti Puri, and Jeff D. Thompson
• Abstract要約: 我々は、長寿命の準安定状態の核スピンを用いて、新しい中性原子量子ビットを171$Ybで示す。 この研究は、フォールトトレラントな量子コンピューティングを実現するための有望なプラットフォームとして、メタスタブルな171ドルYbを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.0016986564761865
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The development of scalable, high-fidelity qubits is a key challenge in quantum information science. Neutral atom qubits have progressed rapidly in recent years, demonstrating programmable processors and quantum simulators with scaling to hundreds of atoms. Exploring new atomic species, such as alkaline earth atoms, or combining multiple species can provide new paths to improving coherence, control and scalability. For example, for eventual application in quantum error correction, it is advantageous to realize qubits with structured error models, such as biased Pauli errors or conversion of errors into detectable erasures. In this work, we demonstrate a new neutral atom qubit, using the nuclear spin of a long-lived metastable state in ${}^{171}$Yb. The long coherence time and fast excitation to the Rydberg state allow one- and two-qubit gates with fidelities of 0.9990(1) and 0.980(1), respectively. Importantly, a significant fraction of all gate errors result in decays out of the qubit subspace, to the ground state. By performing fast, mid-circuit detection of these errors, we convert them into erasure errors; during detection, the induced error probability on qubits remaining in the computational space is less than $10^{-5}$. This work establishes metastable ${}^{171}$Yb as a promising platform for realizing fault-tolerant quantum computing.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルで高忠実な量子ビットの開発は、量子情報科学における重要な課題である。 ニュートラル原子量子ビットは近年急速に進歩し、プログラム可能なプロセッサや量子シミュレータを数百個の原子に拡張した。 アルカリ土類原子や複数の種の組み合わせのような新しい原子種の探索は、コヒーレンス、制御、拡張性を改善するための新しい経路を提供することができる。 例えば、量子エラー補正における最終的な応用においては、バイアス付きパウリ誤差やエラーの検出可能な消去への変換など、構造化されたエラーモデルで量子ビットを実現するのが有利である。 本研究では, 長寿命準安定状態の核スピンである{}^{171}$ybを用いて, 新たな中性原子量子ビットを示す。 リードベルク状態への長いコヒーレンス時間と高速な励起は、それぞれ 0.9990(1) と 0.980(1) の忠実度を持つ 1-および 2-キュービットゲートを許す。 重要なことに、全てのゲート誤差のかなりの割合は、クビット部分空間から基底状態への崩壊をもたらす。 これらの誤りを高速かつ中循環的に検出することで、それらを消去エラーに変換し、検出の間、計算空間に残る量子ビットの誘発エラー確率は10^{-5}$以下である。 この研究は、フォールトトレラント量子コンピューティングを実現するための有望なプラットフォームとしてメタスタブル${}^{171}$Ybを確立する。

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