論文の概要: Control and Readout of a 13-level Trapped Ion Qudit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.03340v1
- Date: Tue, 6 Jun 2023 01:23:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-07 17:50:38.279686
- Title: Control and Readout of a 13-level Trapped Ion Qudit
- Title（参考訳）: 13レベル捕捉イオンquditの制御と読み出し
- Authors: Pei Jiang Low, Brendan White, Crystal Senko
- Abstract要約: 最大13個の計算状態を持つキューディットの制御と単発読み出しを示す。
これはqudit当たりの計算状態の2倍以上の値を示す。
我々は、捕捉されたイオン量子コンピュータの計算空間をスケールアップする上で重要な、補完的な役割を果たすために、捕捉されたイオン中の利用可能なエネルギー状態の有効利用を期待する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: To implement useful quantum algorithms which demonstrate quantum advantage,
we must scale currently demonstrated quantum computers up significantly.
Leading platforms such as trapped ions face physical challenges in including
more information carriers. A less explored avenue for scaling up the
computational space involves utilizing the rich energy level structure of a
trapped ion to encode multi-level qudits rather than two-level qubits. Here we
show control and single-shot readout of qudits with up to 13 computational
states, using protocols which can be extended directly to manipulate qudits of
up to 25 levels in our chosen information host, $^{137}\text{Ba}^{+}$. This
represents more than twice as many computational states per qudit compared with
prior work in trapped ions. In addition to the preparation and readout
protocols we demonstrate, universal quantum computation requires other quantum
logic primitives such as entangling gates. These primitives have been
demonstrated for lower qudit dimensions and can be directly generalized to the
higher dimensions we employ. Hence, our advance opens an avenue towards using
high-dimensional qudits for large-scale quantum computation. We anticipate
efficiently utilizing available energy states in a trapped ion to play a
significant and complementary role in tackling the challenge in scaling up the
computational space of a trapped ion quantum computer. A qudit architecture
also offers other practical benefits, which include affording relaxed fault
tolerance thresholds for quantum error correction, providing an avenue for
efficient quantum simulation of higher spin systems, and more efficient qubit
gates.
- Abstract（参考訳）: 量子アドバンテージを示す有用な量子アルゴリズムを実装するためには、現在実証されている量子コンピュータを大幅にスケールアップする必要がある。
閉じ込められたイオンのような主要なプラットフォームは、より多くの情報キャリアを含む物理的な課題に直面します。
計算空間をスケールアップするには、閉じ込められたイオンの豊富なエネルギー準位構造を利用して、2レベル量子ビットではなく、マルチレベル量子ビットをエンコードする方がより難解な方法である。
ここでは、最大13の計算状態を持つクォーディットの制御とシングルショット読み出しを示し、選択した情報ホストの最大25レベルのクォーディットを操作するために直接拡張可能なプロトコルである$^{137}\text{Ba}^{+}$を使用する。
これは、閉じ込められたイオンの以前の仕事と比較して、クディット当たりの計算状態の2倍以上である。
私たちが示す準備と読み出しのプロトコルに加えて、ユニバーサル量子計算には、ゲートの絡み合いのような他の量子論理プリミティブが必要である。
これらのプリミティブはより低いクディット次元に対して証明され、私たちが採用する高次元に直接一般化することができる。
そこで,本研究では,大規模量子計算に高次元quditを用いた方法を提案する。
我々は, 閉じ込められたイオン量子コンピュータの計算空間のスケールアップにおける課題に取り組む上で, 有効なエネルギー状態を効率的に利用し, かつ相補的な役割を果たすことを期待する。
quditアーキテクチャはまた、量子誤差補正のための緩和されたフォールトトレランスしきい値、より高いスピン系の効率的な量子シミュレーションのための道筋、より効率的な量子ビットゲートなど、他の実用的な利点も提供する。
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