論文の概要: Scalable Networking of Neutral-Atom Qubits: Nanofiber-Based Approach for Multiprocessor Fault-Tolerant Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.11111v1
- Date: Mon, 15 Jul 2024 18:00:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-17 19:41:08.208416
- Title: Scalable Networking of Neutral-Atom Qubits: Nanofiber-Based Approach for Multiprocessor Fault-Tolerant Quantum Computer
- Title（参考訳）: ニュートラル原子量子ビットのスケーラブルネットワーク:ナノファイバーによるマルチプロセッサフォールトトレラント量子コンピュータへのアプローチ
- Authors: Shinichi Sunami, Shiro Tamiya, Ryotaro Inoue, Hayata Yamasaki, Akihisa Goban,
- Abstract要約: ナノファイバー光キャビティは、原子間の高速な絡み合い発生を可能にするために、効率的な原子-光子界面としての可能性を持つことを示す。
最先端のミリスケールのナノファイバーキャビティと数千の微細さで、100以上の原子を光ツイーザーアレイでキャビティモードに結合することができる。
これにより、予測される100kHzのベル対生成率で効率的な時間多重絡み合わせ生成が可能となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2233362977312945
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Neutral atoms are among the leading platforms toward realizing fault-tolerant quantum computation (FTQC). However, scaling up a single neutral-atom device beyond $\sim 10^4$ atoms to meet the demands of FTQC for practical applications remains a challenge. To overcome this challenge, we clarify the criteria and technological requirements for further scaling based on multiple neutral atom quantum processing units (QPUs) connected through photonic networking links. Our quantitative analysis shows that nanofiber optical cavities have the potential as an efficient atom-photon interface to enable fast entanglement generation between atoms in distinct neutral-atom modules, allowing multiple neutral-atom QPUs to operate cooperatively without sacrificing computational speed. Using state-of-the-art millimeter-scale nanofiber cavities with the finesse of thousands, over a hundred atoms can be coupled to the cavity mode with an optical tweezer array, with expected single-atom cooperativity exceeding 100 for telecom-band transition of ytterbium atoms. This enables efficient time-multiplexed entanglement generation with a predicted Bell pair generation rate of 100 kHz while maintaining a small footprint for channel multiplexing. These proposals and results indicate a promising pathway for building large-scale multiprocessor fault-tolerant quantum computers using neutral atoms, nanofiber optical cavities, and fiber-optic networks.
- Abstract（参考訳）: ニュートラル原子は、フォールトトレラント量子計算(FTQC)の実現に向けた主要なプラットフォームの一つである。
しかし、FTQCの要求を満たすために、$\sim 10^4$の原子を超える単一の中性原子デバイスをスケールアップすることは、依然として課題である。
この課題を克服するために、光ネットワークリンクを介して接続された複数の中性原子量子処理ユニット(QPU)に基づいて、さらなるスケーリングの基準と技術要件を明らかにする。
我々の定量分析によると、ナノファイバー光学キャビティは、異なる中性原子モジュール内の原子間の高速な絡み合いを可能とし、計算速度を犠牲にすることなく複数の中性原子QPUを協調的に動作させることができる、効率的な原子-光子界面としての可能性を持っている。
最先端のミリスケールのナノファイバーキャビティと数千の微細さで、100以上の原子を光ツイーザーアレイでキャビティモードに結合することができ、イッテルビウム原子のテレコムバンド遷移には100以上の単原子協調性が期待できる。
これにより、チャネル多重化のための小さなフットプリントを維持しつつ、予測されるベル対生成速度100kHzの効率的な時間多重絡み合わせ生成が可能となる。
これらの提案と結果は、中性原子、ナノファイバー光学キャビティ、光ファイバーネットワークを用いた大規模マルチプロセッサフォールトトレラント量子コンピュータを構築するための有望な経路であることを示している。
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