論文の概要: High-Fidelity Detection on $^{171} \mathrm{Yb}^+$ Qubit via $^2D_{3/2}$ Shelving

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.18868v1
• Date: Thu, 29 Feb 2024 05:38:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-01 16:04:33.035283
• Title: High-Fidelity Detection on $^{171} \mathrm{Yb}^+$ Qubit via $^2D_{3/2}$ Shelving
• Title（参考訳）: $^{171} \mathrm{Yb}^+$ Qubit via $^2D_{3/2}$ Shelving 上の高忠実度検出
• Authors: Xueying Mai, Liyun Zhang, Yao Lu
• Abstract要約: 本稿では,2D_3/2$状態せん断法により捕捉されたイオン量子ビットの検出精度を高めるための効率的な手法を提案する。 我々は、99.88(2)%の忠実度を実験的に実現し、99.99%以上の忠実度を最先端のハードウェアを用いて予測する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.914024989674914
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: High-fidelity detection of quantum states is indispensable for implementing quantum error correction, a prerequisite for fault-tolerant quantum computation. For promising trapped ion qubits, however, the detection fidelity is inherently limited by state leakage. Here, we propose an efficient approach to enhance the fidelity of detecting $^{171} \mathrm{Yb}^+$ qubits through $^2D_{3/2}$ state shelving techniques. Leveraging selective shelving and state-dependent fluorescence, we mitigate the impact of state leakage and experimentally realize a fidelity of 99.88(2)%, while over 99.99% fidelity is predicted by utilizing state-of-the-art hardwares. Meanwhile, we demonstrate the feasibility of mid-circuit measurements, a crucial step for recent implementations of quantum error correction, by mapping the hyperfine qubit to metastable levels. Our research provides an essential component for realizing fault-tolerant quantum information processing with trapped-ion systems in the near future.
• Abstract（参考訳）: 量子状態の高精度な検出は、フォールトトレラント量子計算の前提条件である量子誤差補正を実装する上で不可欠である。 しかし、有望なイオン量子ビットの場合、検出忠実度は本質的に状態リークによって制限される。 本稿では,$^2d_{3/2}$状態シェルビング手法を用いて,$^{171} \mathrm{yb}^+$ qubitsの検出精度を向上させる効率的な手法を提案する。 選択的シェルビングと状態依存蛍光を利用して、状態漏洩の影響を緩和し、99.88(2)%の忠実度を実験的に実現し、99.99%以上の忠実度を最先端ハードウェアを用いて予測する。 一方,超微細量子ビットを準安定レベルにマッピングすることで,近年の量子誤り訂正における重要なステップである中間回路計測の実現可能性を示す。 本研究は、近い将来、トラップイオンシステムによるフォールトトレラント量子情報処理を実現する上で不可欠なコンポーネントを提供する。

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