論文の概要: Spectroscopy and modeling of $^{171}$Yb Rydberg states for high-fidelity two-qubit gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.01482v2
- Date: Wed, 13 Nov 2024 22:36:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-15 15:21:40.660498
- Title: Spectroscopy and modeling of $^{171}$Yb Rydberg states for high-fidelity two-qubit gates
- Title（参考訳）: 高忠実性2ビットゲートに対する$^{171}$Yb Rydberg状態の分光とモデリング
- Authors: Michael Peper, Yiyi Li, Daniel Y. Knapp, Mila Bileska, Shuo Ma, Genyue Liu, Pai Peng, Bichen Zhang, Sebastian P. Horvath, Alex P. Burgers, Jeff D. Thompson,
- Abstract要約: ハイエキサイティングなRydbergは、量子コンピューティングとシミュレーションにおいて、それらの相互作用は重要な役割を果たすと述べている。
ここでは、高度に励起された174$Ybと171$YbのRydbergステートに対して、L leq 2$のマルチチャネル量子欠陥(MQDT)モデルを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.0764044074585515
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- Abstract: Highly excited Rydberg states and their interactions play an important role in quantum computing and simulation. These properties can be predicted accurately for alkali atoms with simple Rydberg level structures. However, an extension of these methods to more complex atoms such as alkaline-earth atoms has not been demonstrated or experimentally validated. Here, we present multichannel quantum defect (MQDT) models for highly excited $^{174}$Yb and $^{171}$Yb Rydberg states with $L \leq 2$. The models are developed using a combination of existing literature data and new, high-precision laser and microwave spectroscopy in an atomic beam, and validated by detailed comparison with experimentally measured Stark shifts and magnetic moments. We then use these models to compute interaction potentials between two Yb atoms, and find excellent agreement with direct measurements in an optical tweezer array. From the computed interaction potential, we identify an anomalous F\"orster resonance that likely degraded the fidelity of previous entangling gates in $^{171}$Yb using $F=3/2$ Rydberg states. We then identify a more suitable $F=1/2$ state, and achieve a state-of-the-art controlled-Z gate fidelity of $F=0.994(1)$, with the remaining error fully explained by known sources. This work establishes a solid foundation for the continued development of quantum computing, simulation and entanglement-enhanced metrology with Yb neutral atom arrays.
- Abstract（参考訳）: ハイエキサイティングなRydbergは、量子コンピューティングとシミュレーションにおいて、それらの相互作用は重要な役割を果たすと述べている。
これらの性質は、単純なリドベルク準位構造を持つアルカリ原子に対して正確に予測できる。
しかし、アルカリ-希土類原子のようなより複雑な原子へのこれらの手法の拡張は実証されておらず、実験的に検証されていない。
ここでは、高度に励起された$^{174}$Ybおよび$^{171}$Yb Rydberg状態に対して、$L \leq 2$のマルチチャネル量子欠陥(MQDT)モデルを示す。
これらのモデルは、既存の文献データと、原子ビーム中の新しい高精度レーザーとマイクロ波分光法を組み合わせて開発され、実験的に測定されたスタークシフトと磁気モーメントとの詳細な比較によって検証される。
次に、これらのモデルを用いて、2つのYb原子間の相互作用ポテンシャルを計算し、光学的ツイーザアレイにおける直接測定と良好な一致を見出す。
計算された相互作用ポテンシャルから、F=3/2$Rydberg状態を用いて、以前のエンタングゲートの忠実度を$^{171}$Ybで低下させるような異常なF\"オースター共鳴を同定する。
次に、より適切な$F=1/2$の状態を特定し、その残差を既知の情報源で完全に説明して、最先端制御Zゲート忠実度を$F=0.994(1)$とする。
この研究は、Yb中性原子配列を用いた量子コンピューティング、シミュレーション、エンタングルメント強化メトロジーの継続的な発展のための確かな基盤を確立する。
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