論文の概要: Fast design and scaling of multi-qubit gates in large-scale trapped-ion quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.09566v1
• Date: Fri, 14 Jul 2023 21:01:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-23 11:55:20.649868
• Title: Fast design and scaling of multi-qubit gates in large-scale trapped-ion quantum computers
• Title（参考訳）: 大規模トラップイオン量子コンピュータにおけるマルチキュービットゲートの高速設計とスケーリング
• Authors: Yotam Shapira, Lee Peleg, David Schwerdt, Jonathan Nemirovsky, Nitzan Akerman, Ady Stern, Amit Ben Kish, Roee Ozeri
• Abstract要約: 閉じ込められたイオンの結晶に基づく量子コンピュータは、量子計算の顕著な技術である。 本稿では,高速かつプログラム可能なエンタングルメントゲートの設計を可能にするため,計算課題を大幅に削減する手法を提案する。 提案手法は,100量子ビットのイオン結晶に基づく量子コンピュータのスケールアップへの道筋を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computers based on crystals of electrically trapped ions are a prominent technology for quantum computation. A unique feature of trapped ions is their long-range Coulomb interactions, which come about as an ability to naturally realize large-scale multi-qubit entanglement gates. However, scaling up the number of qubits in these systems, while retaining high-fidelity and high-speed operations is challenging. Specifically, designing multi-qubit entanglement gates in long ion crystals of 100s of ions involves an NP-hard optimization problem, rendering scaling up the number of qubits a conceptual challenge as well. Here we introduce a method that vastly reduces the computational challenge, effectively allowing for a polynomial-time design of fast and programmable entanglement gates, acting on the entire ion crystal. We use this method to investigate the utility, scaling and requirements of such multi-qubit gates. Our method delineates a path towards scaling up quantum computers based on ion-crystals with 100s of qubits.
• Abstract（参考訳）: 電気的に閉じ込められたイオンの結晶に基づく量子コンピュータは、量子計算の顕著な技術である。 閉じ込められたイオンのユニークな特徴は、長距離クーロン相互作用であり、これは自然に大規模なマルチキュービットエンタングルメントゲートを実現する能力として現れる。 しかし、これらのシステムにおける量子ビット数をスケールアップする一方で、高忠実性と高速操作を維持することは困難である。 具体的には、長いイオン結晶100sの多量子絡み合うゲートを設計するには、NPハード最適化の問題があり、量子ビットの数をスケールアップすることも概念的な課題である。 本稿では,高速かつプログラム可能なエンタングルメントゲートを多項式時間で設計し,イオン結晶全体に作用させることにより,計算課題を大幅に削減する手法を提案する。 この手法を用いて,マルチキュービットゲートの実用性,スケーリング,要件について検討する。 本手法は,100キュービットのイオン結晶に基づく量子コンピュータのスケールアップへの道筋を示す。

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