論文の概要: A Site-Resolved 2D Quantum Simulator with Hundreds of Trapped Ions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.17163v2
- Date: Thu, 11 Apr 2024 16:10:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-12 18:57:05.758820
- Title: A Site-Resolved 2D Quantum Simulator with Hundreds of Trapped Ions
- Title（参考訳）: 数百個のトラップイオンを持つサイトリゾルド2次元量子シミュレータ
- Authors: S. -A. Guo, Y. -K. Wu, J. Ye, L. Zhang, W. -Q. Lian, R. Yao, Y. Wang, R. -Y. Yan, Y. -J. Yi, Y. -L. Xu, B. -W. Li, Y. -H. Hou, Y. -Z. Xu, W. -X. Guo, C. Zhang, B. -X. Qi, Z. -C. Zhou, L. He, L. -M. Duan,
- Abstract要約: 2次元ウィグナー結晶中の512イオンの安定トラップと横動きのサイドバンド冷却について報告する。
そこで本研究では,300イオンを用いた長距離量子イジングモデルの量子シミュレーションを行った。
本研究は,古典的に抽出可能な量子力学のシミュレーションと,2次元イオントラップ量子シミュレータを用いたNISQアルゴリズムの実行方法について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.18563999711877635
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A large qubit capacity and an individual readout capability are two crucial requirements for large-scale quantum computing and simulation. As one of the leading physical platforms for quantum information processing, the ion trap has achieved quantum simulation of tens of ions with site-resolved readout in 1D Paul trap, and that of hundreds of ions with global observables in 2D Penning trap. However, integrating these two features into a single system is still very challenging. Here we report the stable trapping of 512 ions in a 2D Wigner crystal and the sideband cooling of their transverse motion. We demonstrate the quantum simulation of long-range quantum Ising models with tunable coupling strengths and patterns, with or without frustration, using 300 ions. Enabled by the site resolution in the single-shot measurement, we observe rich spatial correlation patterns in the quasi-adiabatically prepared ground states, which allows us to verify quantum simulation results by comparing with the calculated collective phonon modes and with classical simulated annealing. We further probe the quench dynamics of the Ising model in a transverse field to demonstrate quantum sampling tasks. Our work paves the way for simulating classically intractable quantum dynamics and for running NISQ algorithms using 2D ion trap quantum simulators.
- Abstract（参考訳）: 大きな量子ビット容量と個々の読み出し能力は、大規模量子コンピューティングとシミュレーションの2つの重要な要件である。
量子情報処理における主要な物理プラットフォームのひとつとして、イオントラップは1Dポールトラップでサイト解決されたリードアウトを持つ数十個のイオンと、2Dペニングトラップでグローバル観測可能な数百個のイオンの量子シミュレーションを達成している。
しかし、これらの2つの機能を単一のシステムに統合することは、依然として非常に難しい。
ここでは, 2次元ウィグナー結晶中の512個のイオンの安定トラップと, 横運動のサイドバンド冷却について報告する。
そこで本研究では,300イオンを用いた長距離量子イジングモデルの量子シミュレーションを行った。
単発測定におけるサイト分解能により, 準断熱的に調製された基底状態の空間相関パターンのリッチな観測が可能となり, 計算された集合フォノンモードと古典的擬似アニールとの比較により量子シミュレーション結果の検証が可能となった。
さらに、Isingモデルの逆場におけるクエンチダイナミクスを探索し、量子サンプリングタスクを実証する。
本研究は,古典的に抽出可能な量子力学のシミュレーションと,2次元イオントラップ量子シミュレータを用いたNISQアルゴリズムの実行方法について述べる。
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