論文の概要: Realization of programmable Ising models in a trapped-ion quantum simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.04864v1
• Date: Wed, 8 Nov 2023 18:02:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-09 15:00:49.871230
• Title: Realization of programmable Ising models in a trapped-ion quantum simulator
• Title（参考訳）: トラップイオン量子シミュレータにおけるプログラマブルイジングモデルの実現
• Authors: Yao Lu, Wentao Chen, Shuaining Zhang, Kuan Zhang, Jialiang Zhang, Jing-Ning Zhang, Kihwan Kim
• Abstract要約: 最大4本のスピンで全接続可能なIsingモデルのプログラム可能な捕捉イオン量子シミュレータを提案する。 我々は、閉じ込められたイオンと複数の集団運動モードとのカップリングを用いてスピンスピン相互作用を実装した。 我々は、量子状態トモグラフィーにより対応するモデルの基底状態を観察し、プログラムされた相互作用の幾何を確認する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.463019796364186
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A promising paradigm of quantum computing for achieving practical quantum advantages is quantum annealing or quantum approximate optimization algorithm, where the classical problems are encoded in Ising interactions. However, it is challenging to build a quantum system that can efficiently map any structured problems. Here, we present a programmable trapped-ion quantum simulator of an Ising model with all-to-all connectivity with up to four spins. We implement the spin-spin interactions by using the coupling of trapped ions to multiple collective motional modes and realize the programmability through phase modulation of the Raman laser beams that are individually addressed on ions. As an example, we realize several Ising lattices with different interaction connectivities, where the interactions can be ferromagnetic or anti-ferromagnetic. We confirm the programmed interaction geometry by observing the ground states of the corresponding models through quantum state tomography. Our experimental demonstrations serve as an important basis for realizing practical quantum advantages with trapped ions.
• Abstract（参考訳）: 実用的な量子利点を達成するための量子コンピューティングの有望なパラダイムは、量子アニーリング(quantum annealing)または量子近似最適化アルゴリズム(quantum approximation optimization algorithm)である。 しかし、構造化された問題を効率的にマッピングできる量子システムを構築することは困難である。 ここでは,最大4スピンの全ての接続性を持つイジングモデルのプログラム可能なトラップイオン量子シミュレータを提案する。 我々は、捕捉されたイオンと複数の運動モードとのカップリングを利用してスピンスピン相互作用を実装し、個別にイオンに対処するラマンレーザービームの位相変調によりプログラム性を実現する。 例えば、相互作用が強磁性あるいは反強磁性であるような相互作用接続性が異なるいくつかのイジング格子を実現する。 量子状態トモグラフィーによって対応するモデルの基底状態を観察し、プログラムされた相互作用幾何を確認する。 実験実験は、閉じ込められたイオンによる実用的な量子優位性を実現する上で重要な基礎となる。

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