論文の概要: Quantum Computation and Simulation using Fermion-Pair Registers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.03905v1
• Date: Tue, 6 Jun 2023 17:59:08 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-07 14:07:22.373554
• Title: Quantum Computation and Simulation using Fermion-Pair Registers
• Title（参考訳）: フェルミオンペアレジスタを用いた量子計算とシミュレーション
• Authors: Xiangkai Sun, Di Luo, Soonwon Choi
• Abstract要約: 量子ガス顕微鏡下でのフェルミオン粒子を用いた量子計算とシミュレーションを実現する手法を提案し,解析する。 SWAPゲートと高忠実度制御相ゲートを設計する方法について述べる。 横場と縦場を持つ2次元量子イジング・ハミルトニアンは、フェシュバッハ相互作用強度を変調することにより、効率的にシミュレートできることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We propose and analyze an approach to realize quantum computation and simulation using fermionic particles under quantum gas microscopes. Our work is inspired by a recent experimental demonstration of large-scale quantum registers, where tightly localized fermion pairs are used to encode qubits exhibiting long coherence time and robustness against laser intensity noise. We describe how to engineer the SWAP gate and high-fidelity controlled-phase gates by adjusting the fermion hopping as well as Feshbach interaction strengths. Combined with previously demonstrated single-qubit rotations, these gates establish the computational universality of the system. Furthermore, we show that 2D quantum Ising Hamiltonians with tunable transverse and longitudinal fields can be efficient simulated by modulating Feshbach interaction strengths. We present a sample-efficient protocol to characterize engineered gates and Hamiltonian dynamics based on an improved classical shadow process tomography that requires minimal experimental controls. Our work opens up new opportunities to harness existing ultracold quantum gases for quantum information sciences.
• Abstract（参考訳）: 量子ガス顕微鏡によるフェルミ粒子を用いた量子計算とシミュレーションを実現する手法の提案と解析を行う。 レーザー強度雑音に対して長いコヒーレンス時間とロバスト性を示す量子ビットを、厳密に局所化されたフェルミオン対で符号化する大規模量子レジスタの最近の実験に触発された。 フェミオンホッピングとフェシュバッハ相互作用強度を調整することにより、SWAPゲートと高忠実度制御相ゲートを設計する方法を説明する。 以前に実証されたシングルキュービット回転と組み合わせて、これらのゲートはシステムの計算的普遍性を確立する。 さらに,2次元量子イジングハミルトニアンは,feshbach相互作用の強さを変調することで効率的にシミュレーションできることを示した。 実験的な最小限の制御を必要とする古典的シャドウプロセストモグラフィーの改良に基づき,設計ゲートとハミルトン力学を特徴付けるサンプル効率のよいプロトコルを提案する。 我々の研究は、既存の超低温量子ガスを量子情報科学に活用する新たな機会を開く。

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