論文の概要: Demonstration of two-dimensional connectivity for a scalable error-corrected ion-trap quantum processor architecture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.02406v1
- Date: Tue, 4 Jun 2024 15:17:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-05 15:40:59.274109
- Title: Demonstration of two-dimensional connectivity for a scalable error-corrected ion-trap quantum processor architecture
- Title（参考訳）: スケーラブルなエラー補正イオントラップ量子プロセッサアーキテクチャのための二次元接続の実証
- Authors: Marco Valentini, Martin W. van Mourik, Friederike Butt, Jakob Wahl, Matthias Dietl, Michael Pfeifer, Fabian Anmasser, Yves Colombe, Clemens Rössler, Philip Holz, Rainer Blatt, Markus Müller, Thomas Monz, Philipp Schindler,
- Abstract要約: 大規模量子コンピュータを構築するための大きなハードルは、量子ビット間の接続性を維持しながら、量子ビットの数をスケールアップすることである。
閉じ込められたイオンデバイスでは、この接続は、プロセッサにまたがる数個のイオンからなるサブレジストを物理的に移動させることによって提供される。
ここでは、長方形の2次元格子に基づいて、各格子サイトが線形なイオン列を持つサブレジスタを含むアーキテクチャに焦点を当てる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5412205758355346
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A major hurdle for building a large-scale quantum computer is to scale up the number of qubits while maintaining connectivity between them. In trapped-ion devices, this connectivity can be provided by physically moving subregisters consisting of a few ions across the processor. The topology of the connectivity is given by the layout of the ion trap where one-dimensional and two-dimensional arrangements are possible. Here, we focus on an architecture based on a rectangular two-dimensional lattice, where each lattice site contains a subregister with a linear string of ions. We refer to this architecture as the Quantum Spring Array (QSA). Subregisters placed in neighboring lattice sites can be coupled by bringing the respective ion strings close to each other while avoiding merging them into a single trapping potential. Control of the separation of subregisters along one axis of the lattice, known as the axial direction, uses quasi-static voltages, while the second axis, the radial, requires control of radio frequency signals. In this work, we investigate key elements of the 2D lattice quantum computation architecture along both axes: We show that the coupling rate between neighboring lattice sites increases with the number of ions per site and the motion of the coupled system can be resilient to noise. The coherence of the coupling is assessed, and an entangled state of qubits in separate trapping regions along the radial axis is demonstrated. Moreover, we demonstrate control over radio frequency signals to adjust radial separation between strings, and thus tune their coupling rate. We further map the 2D lattice architecture to code primitives for fault-tolerant quantum error correction, providing a step towards a quantum processor architecture that is optimized for large-scale fault-tolerant operation.
- Abstract（参考訳）: 大規模量子コンピュータを構築するための大きなハードルは、量子ビット間の接続性を維持しながら、量子ビットの数をスケールアップすることである。
閉じ込められたイオンデバイスでは、この接続は、プロセッサにまたがる数個のイオンからなるサブレジストを物理的に移動させることによって提供される。
接続のトポロジーは1次元と2次元の配置が可能なイオントラップのレイアウトによって与えられる。
ここでは、長方形の2次元格子に基づいて、各格子サイトが線形なイオン列を持つサブレジスタを含むアーキテクチャに焦点を当てる。
このアーキテクチャをQuantum Spring Array (QSA)と呼ぶ。
隣接する格子サイトに置かれたサブレジストは、それぞれのイオン弦を互いに近接させ、それらを単一のトラップ電位にマージすることを避けて結合することができる。
格子の1軸に沿ってサブレジストを分離する制御は軸方向と呼ばれ、準静電圧を用いるが、第2軸であるラジアルは無線周波数信号を制御する必要がある。
本研究では, 両軸に沿った2次元格子量子計算アーキテクチャの鍵要素について検討し, 隣り合う格子サイト間の結合速度は, サイト当たりのイオン数とともに増加し, 結合系の運動はノイズに耐性を持つことを示した。
結合のコヒーレンスを評価し、放射軸に沿った別々のトラップ領域における量子ビットの絡み合った状態を示す。
さらに、弦間の半径分離を調整し、結合率を調整するために、無線周波数信号の制御を実証する。
さらに、2D格子アーキテクチャをフォールトトレラントな量子エラー訂正のためのプリミティブにマッピングし、大規模なフォールトトレラント操作に最適化された量子プロセッサアーキテクチャへのステップを提供する。
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