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/2311.01168v3
- Date: Mon, 04 Nov 2024 13:35:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-05 21:26:25.854544
- 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
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- 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）: 線形無線周波数トラップに閉じ込められたイオンをベースとした量子ビットは、演算の完全性、全接続性、局所制御の程度などにより、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、その運動モードの「軟化」に起因し、イオンの運動の高熱速度と高密度な運動スペクトルの2つの主要な問題があり、どちらも高忠実度量子ビット演算の性能を阻害している。
ここでは、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体的かつスケーラブルなアーキテクチャを提案する。
我々の方法は、イオン結晶を管理可能な大きさの細胞に即時に分割する、動的に操作された光電位に依存している。
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、より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キュービットエンタング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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