論文の概要: Experimental demonstration of a fault-tolerant qubit encoded on a hyperfine-coupled qudit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.20827v1
• Date: Fri, 31 May 2024 14:19:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-03 14:27:53.939024
• Title: Experimental demonstration of a fault-tolerant qubit encoded on a hyperfine-coupled qudit
• Title（参考訳）: 超微細結合qudit上に符号化された耐故障性量子ビットの実験的実証
• Authors: Sumin Lim, Mikhail Vaganov, Junjie Liu, Arzhang Ardavan,
• Abstract要約: 複数の物理量子ビットに冗長性を導入して1つのエラー保護論理量子ビットを符号化するプロトコルは理論的には有効であるが、リソースのオーバーヘッドが大きいことを示唆している。 高スピン磁気核と凝縮物質電子スピン量子ビットを結合してフォールトトレラントメモリを実装するための提案が浮上している。 酸化亜鉛の高コヒーレントなマンガン欠陥のアンサンブルにおいて,スピン準位の部分空間内に電子核二重共鳴を用いた符号化を実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.720777561985926
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The realization of effective quantum error correction protocols remains a central challenge in the development of scalable quantum computers. Protocols employing redundancy over multiple physical qubits to encode a single error-protected logical qubit are theoretically effective, but imply a large resource overhead. Alternative, more hardware-efficient, approaches seek to deploy higher-dimensional quantum systems known as qudits. Recently, proposals have emerged for exploiting high-spin magnetic nuclei coupled to condensed matter electron spin qubits to implement fault-tolerant memories. Here, we explore experimentally the simplest of these proposals, a logical qubit encoded on the four states of a I=3/2 nuclear spin hyperfine-coupled to a S=1/2 electron spin qubit; the encoding protects against the dominant decoherence mechanism in such systems, fluctuations of the quantizing magnetic field. We implement the encoding using electron-nuclear double resonance within a subspace of the spin levels in an ensemble of highly coherent manganese defects in zinc oxide. We explore the dynamics of the encoded state both under a controlled application of the fluctuation and under natural decoherence processes. Our results confirm the potential of these proposals for practical, implementable, fault tolerant quantum memories.
• Abstract（参考訳）: 効率的な量子誤り訂正プロトコルの実現は、スケーラブルな量子コンピュータの開発において依然として中心的な課題である。 複数の物理量子ビット上の冗長性を利用して1つのエラー保護論理量子ビットを符号化するプロトコルは理論的には有効であるが、これは大きなリソースオーバーヘッドを示唆している。 よりハードウェア効率のよいアプローチは、quditsとして知られる高次元量子システムをデプロイしようとするものである。 近年, コンデンサ電子スピン量子ビットと結合した高スピン磁気核を利用して耐障害性メモリを実現する手法が提案されている。 本稿では、S=1/2電子スピン量子ビットに結合したI=3/2核スピン超微粒子の4つの状態に符号化された論理量子ビットについて、これらの提案の最も単純な部分について実験的に検討する。 酸化亜鉛の高コヒーレントなマンガン欠陥のアンサンブルにおいて,スピン準位の部分空間内に電子核二重共鳴を用いた符号化を実装した。 本研究では, ゆらぎの制御と自然デコヒーレンス過程の制御の下で, 符号化状態のダイナミクスについて検討する。 本研究は, 実用的で実装可能なフォールトトレラント量子メモリの提案の可能性を確認した。

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