論文の概要: Scalable architecture for trapped-ion quantum computing using RF traps
and dynamic optical potentials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.01168v2
- Date: Mon, 8 Jan 2024 08:40:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-09 22:38:39.000939
- Title: Scalable architecture for trapped-ion quantum computing using RF traps
and dynamic optical potentials
- Title（参考訳）: RFトラップと動的光ポテンシャルを用いたトラップイオン量子コンピューティングのためのスケーラブルアーキテクチャ
- Authors: David Schwerdt, Lee Peleg, Yotam Shapira, Nadav Priel, Yanay
Florshaim, Avram Gross, Ayelet Zalic, Gadi Afek, Nitzan Akerman, Ady Stern,
Amit Ben Kish, Roee Ozeri
- Abstract要約: 原則として、単一の1Dレジスタに閉じ込められるイオンベースの量子ビットの数に根本的な制限はない。
ここでは、大きなイオン結晶を持つ量子コンピューティングのための総体的かつスケーラブルなアーキテクチャを提案する。
これらの細胞は、ほぼ独立した量子レジスタとして振る舞うことが示され、全ての細胞に平行なエンタングゲートが可能である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Qubits based on ions trapped in linear radio-frequency traps form a
successful platform for quantum computing, due to their high fidelity of
operations, all-to-all connectivity and degree of local control. In principle
there is no fundamental limit to the number of ion-based qubits that can be
confined in a single 1D register. However, in practice there are two main
issues associated with long trapped-ion crystals, that stem from the
'softening' of their modes of motion, upon scaling up: high heating rates of
the ions' motion, and a dense motional spectrum; both impede the performance of
high-fidelity qubit operations. Here we propose a holistic, scalable
architecture for quantum computing with large ion-crystals that overcomes these
issues. Our method relies on dynamically-operated optical potentials, that
instantaneously segment the ion-crystal into cells of a manageable size. We
show that these cells behave as nearly independent quantum registers, allowing
for parallel entangling gates on all cells. The ability to reconfigure the
optical potentials guarantees connectivity across the full ion-crystal, and
also enables efficient mid-circuit measurements. We study the implementation of
large-scale parallel multi-qubit entangling gates that operate simultaneously
on all cells, and present a protocol to compensate for crosstalk errors,
enabling full-scale usage of an extensively large register. We illustrate that
this architecture is advantageous both for fault-tolerant digital quantum
computation and for analog quantum simulations.
- Abstract（参考訳）: 線形高周波トラップに閉じ込められたイオンに基づく量子ビットは、演算の忠実度、すべての接続性、局所制御の程度によって量子コンピューティングのプラットフォームとして成功している。
原則として、単一の1Dレジスタに閉じ込められるイオンベースの量子ビットの数に根本的な制限はない。
しかし実際には、長い閉じ込められたイオン結晶に関連する2つの主な問題は、イオンの運動の高熱速度と密集した運動スペクトルのスケールアップによる運動モードの「軟化」に起因し、どちらも高忠実な量子ビット操作の性能を阻害している。
本稿では,これらの問題を克服する大きなイオン結晶を持つ量子コンピューティングのための,総合的でスケーラブルなアーキテクチャを提案する。
この方法は、イオン結晶を即座に管理可能なサイズの細胞に分割する動的に機能する光学ポテンシャルに依存する。
これらの細胞は、ほぼ独立した量子レジスタとして振る舞うことが示され、全ての細胞に平行なエンタングゲートが可能である。
光電位を再構成する能力は、全イオン結晶間の接続を保証し、効率的な中回路測定を可能にする。
本研究では,全セルで同時に動作する大規模並列マルチビットエンタングルゲートの実装について検討し,クロストークエラーを補償するプロトコルを提案する。
このアーキテクチャは、フォールトトレラントなディジタル量子計算とアナログ量子シミュレーションの両方に有利である。
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