論文の概要: Sub-millisecond Entanglement and iSWAP Gate between Molecular Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.15345v1
• Date: Fri, 21 Jun 2024 17:56:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-24 12:43:51.090391
• Title: Sub-millisecond Entanglement and iSWAP Gate between Molecular Qubits
• Title（参考訳）: 分子量間のサブミリ秒エンタングルメントとiSWAPゲート
• Authors: Lewis R. B. Picard, Annie J. Park, Gabriel E. Patenotte, Samuel Gebretsadkan, David Wellnitz, Ana Maria Rey, Kang-Kuen Ni,
• Abstract要約: トラップされた極性分子は有望な量子コンピューティングプラットフォームとして提案されている。 我々は、X1Sigma+$ NaCs分子を個別にトラップした2量子iSWAPゲートを実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computation (QC) and simulation rely on long-lived qubits with controllable interactions. Early work in quantum computing made use of molecules because of their readily available intramolecular nuclear spin coupling and chemical shifts, along with mature nuclear magnetic resonance techniques. Subsequently, the pursuit of many physical platforms has flourished. Trapped polar molecules have been proposed as a promising quantum computing platform, offering scalability and single-particle addressability while still leveraging inherent complexity and strong couplings of molecules. Recent progress in the single quantum state preparation and coherence of the hyperfine-rotational states of individually trapped molecules allows them to serve as promising qubits, with intermolecular dipolar interactions creating entanglement. However, universal two-qubit gates have not been demonstrated with molecules. Here, we harness intrinsic molecular resources to implement a two-qubit iSWAP gate using individually trapped $X^{1}\Sigma^{+}$ NaCs molecules. We characterize the innate dipolar interaction between rotational states and control its strength by tuning the polarization of the traps. By allowing the molecules to interact for 664 $\mu$s at a distance of 1.9 $\mu$m, we create a maximally entangled Bell state with a fidelity of 94(3)\%, following postselection to remove trials with empty traps. Using motion-rotation coupling, we measure residual excitation of the lowest few motional states along the axial trapping direction and find them to be the primary source of decoherence. Finally, we identify two non-interacting hyperfine states within the ground rotational level in which we encode a qubit. The interaction is toggled by transferring between interacting and non-interacting states to realize an iSWAP gate. We verify the gate performance by measuring its logical truth table.
• Abstract（参考訳）: 量子計算(QC)とシミュレーションは、制御可能な相互作用を持つ長寿命キュービットに依存している。 量子コンピューティングにおける初期の研究は、分子内核スピンのカップリングと化学シフトと成熟した核磁気共鳴技術により、分子を利用した。 その後、多くの物理的プラットフォームの追求が盛んになった。 トラップされた極性分子は有望な量子コンピューティングプラットフォームとして提案され、拡張性と単一粒子アドレス性を提供しながら、分子の固有の複雑さと強い結合を活用している。 単一量子状態の準備の最近の進歩と、個別に閉じ込められた分子の超微細回転状態のコヒーレンスにより、それらは有望な量子ビットとして機能し、分子間双極子相互作用は絡み合いを引き起こす。 しかし、普遍的な2量子ゲートは分子では証明されていない。 そこで本研究では,固有の分子資源を用いて,個別にトラップされた$X^{1}\Sigma^{+}$NaCs分子を用いて,2量子iSWAPゲートを実装する。 我々は、回転状態間の自然双極子相互作用を特徴づけ、トラップの偏極を調整してその強度を制御する。 分子が1.9$\mu$mで664$\mu$sで相互作用することを許すことで、最大絡み合ったベル状態が94(3)\%となり、ポストセレクションの後、空のトラップで試薬を除去する。 運動-回転結合を用いて、軸トラップ方向に沿った最小の運動状態の残余励起を測定し、それらがデコヒーレンスの主要な原因であることを示す。 最後に、量子ビットを符号化する地上回転レベル内の2つの非相互作用超微粒子状態を特定する。 相互作用は、相互作用状態と非相互作用状態の間を移動して、iSWAPゲートを実現することで切り替えられる。 論理的真理表を計測してゲート性能を検証する。

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