論文の概要: Preserving a qubit during adjacent measurements at a few micrometers
distance
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.03075v1
- Date: Mon, 5 Jun 2023 17:50:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-06 13:35:58.752998
- Title: Preserving a qubit during adjacent measurements at a few micrometers
distance
- Title（参考訳）: 数マイクロメートル距離での隣接測定における量子ビットの保存
- Authors: Sainath Motlakunta, Nikhil Kotibhaskar, Chung-You Shih, Anthony
Vogliano, Darian Mclaren, Lewis Hahn, Jingwen Zhu, Roland Habl\"utzel, and
Rajibul Islam
- Abstract要約: 共鳴レーザーによる隣接測定に対する量子ビット保存の現在の試みは、貴重な実験資源を無駄にしている。
隣のプロセスの量子ビットが数ミクロンの距離でリセットまたは測定されている間に、アセットのイオン量子ビットの高忠実性保存を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7785955518529766
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Protecting a quantum object against irreversible accidental measurements from
its surroundings is necessary for controlled quantum operations. This becomes
especially challenging or unfeasible if one must simultaneously measure or
reset a nearby object's quantum state, such as in quantum error correction. In
atomic systems - among the most established quantum information processing
platforms - current attempts to preserve qubits against resonant laser-driven
adjacent measurements waste valuable experimental resources such as coherence
time or extra qubits and introduce additional errors. Here, we demonstrate
high-fidelity preservation of an `asset' ion qubit while a neighboring
`process' qubit is reset or measured at a few microns distance. We achieve $<
1\times 10^{-3}$ probability of accidental measurement of the asset qubit while
the process qubit is reset, and $< 4\times 10^{-3}$ probability while applying
a detection beam on the same neighbor for experimentally demonstrated fast
detection times, at a distance of $6\ \rm{\mu m}$ or four times the addressing
Gaussian beam waist. These low probabilities correspond to the preservation of
the quantum state of the asset qubit with fidelities above $99.9\%$ (state
reset) and $99.6\%$ (state measurement). Our results are enabled by precise
wavefront control of the addressing optical beams while utilizing a single ion
as a quantum sensor of optical aberrations. Our work demonstrates the
feasibility of in-situ state reset and measurement operations, building towards
enhancements in the speed and capabilities of quantum processors, such as in
simulating measurement-driven quantum phases and realizing quantum error
correction.
- Abstract（参考訳）: 制御された量子演算には、不可逆的な偶発的測定から量子オブジェクトを保護する必要がある。
これは、量子エラー補正のように、近くの物体の量子状態を同時に測定またはリセットする必要がある場合、特に困難または不可能になる。
最も確立された量子情報処理プラットフォームの一つである原子システムでは、共鳴レーザー駆動の隣接測定値に対する量子ビットの保存は、コヒーレンス時間や余分な量子ビットのような貴重な実験資源を無駄にし、追加のエラーをもたらす。
本稿では,隣の「プロセス」キュービットを数ミクロン距離でリセットまたは測定している間に,アセットイオンキュービットの高忠実性保存を示す。
プロセスキュービットがリセットされている間に、アセットキュービットの偶発的な測定の確率が$<1\times 10^{-3}$確率が$<4\times 10^{-3}$確率が同じ隣人に検出ビームを印加し、実験的に高速検出時間を6\\rm{\mu m}$の6倍、もしくは4倍の距離でガウスビームウエストを検出できる。
これらの低い確率は、99.9\%$ (状態のリセット) と99.6\%$ (状態測定) 以上のフィデリティを持つ資産量子ビットの量子状態の保存に対応する。
本研究は,光収差の量子センサとして単一イオンを用いながら,光ビームの正確な波面制御により実現した。
我々の研究は、状態リセットと測定操作の実現可能性を示し、測定駆動型量子位相のシミュレーションや量子エラー補正の実現など、量子プロセッサの速度と能力の向上に向けて構築する。
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