論文の概要: Universal quantum operations and ancilla-based readout for tweezer clocks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.16220v3
- Date: Thu, 17 Oct 2024 21:16:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-21 14:22:29.740240
- Title: Universal quantum operations and ancilla-based readout for tweezer clocks
- Title（参考訳）: ツイーザークロックの普遍量子演算とアンシラによる読み出し
- Authors: Ran Finkelstein, Richard Bing-Shiun Tsai, Xiangkai Sun, Pascal Scholl, Su Direkci, Tuvia Gefen, Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Manuel Endres,
- Abstract要約: 我々は、中性原子の超狭光遷移に対する普遍量子演算とアンシラに基づく読み出しを示す。
我々の研究は、中性原子を持つハイブリッドプロセッサクロックデバイスの基礎を築き、量子センサーにリンクされた量子プロセッサの実用的応用の可能性を示唆している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.2810235099960297
- License:
- Abstract: Enhancing the precision of measurements by harnessing entanglement is a long-sought goal in the field of quantum metrology. Yet attaining the best sensitivity allowed by quantum theory in the presence of noise is an outstanding challenge, requiring optimal probe-state generation and readout strategies. Neutral atom optical clocks, leading systems for measuring time, have shown recent progress in terms of entanglement generation, but currently lack the control capabilities to realize such schemes. Here we show universal quantum operations and ancilla-based readout for ultranarrow optical transitions of neutral atoms. Our demonstration in a tweezer clock platform enables a circuit-based approach to quantum metrology with neutral atom optical clocks. To this end, we demonstrate two-qubit entangling gates with 99.62(3)% fidelity - averaged over symmetric input states - via Rydberg interactions and dynamical connectivity for optical clock qubits, which we combine with local addressing to implement universally programmable quantum circuits. Using this approach, we generate a near-optimal entangled probe state, a cascade of Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states of different sizes, and perform dual-quadrature GHZ readout. We also show repeated fast phase detection with non-destructive conditional reset of clock qubits and minimal dead time between repetitions by implementing ancilla-based quantum logic spectroscopy (QLS) for neutral atoms. Finally, we extend this to multi-qubit parity checks and measurement-based, heralded, Bell state preparation. Our work lays the foundation for hybrid processor-clock devices with neutral atoms and more generally points to a future of practical applications for quantum processors linked with quantum sensors.
- Abstract（参考訳）: 絡み合いを利用して測定の精度を高めることは、量子力学の分野における長年の目標である。
しかし、ノイズの存在下で量子理論が許容する最高の感度を達成することは、最適なプローブ状態の生成と読み出し戦略を必要とする、顕著な課題である。
時間を測定するための主要なシステムである中性原子光時計は、近年の絡み合い発生の進展を示すが、現在ではそのようなスキームを実現するための制御能力が欠如している。
ここでは、中性原子の超狭光遷移に対する普遍量子演算とアンシラに基づく読み出しを示す。
ツイーザー・クロック・プラットフォームにおける我々の実証は、中性原子光時計を用いた量子力学への回路ベースのアプローチを可能にする。
この目的のために、Rydberg相互作用と光クロック量子ビットの動的接続により、99.62(3)%の忠実度を持つ2量子エンタングルゲートを実演し、局所アドレスと組み合わせ、普遍的にプログラム可能な量子回路を実装した。
このアプローチを用いることで,グリーンベルガー・ホルン・ザイリンガー状態(GHZ)のカスケードである近接最適絡み合ったプローブ状態を生成し,2つの四角形GHZ読み出しを行う。
また、中性原子に対してアンシラ型量子論理分光法(QLS)を実装することにより、クロック量子ビットの非破壊的条件リセットと繰り返し間のデッドタイムを最小限に抑えた高速位相検出を繰り返すことを示した。
最後に、これをマルチキュービットパリティチェックに拡張し、測定に基づく、Heralded, Bell状態の準備を行う。
我々の研究は、中性原子を持つハイブリッドプロセッサクロックデバイスの基礎を築き、より一般的には量子センサーにリンクされた量子プロセッサの実用的な応用の可能性を示唆している。
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