論文の概要: A universal neutral-atom quantum computer with individual optical addressing and non-destructive readout

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.08288v2
• Date: Tue, 20 Aug 2024 03:30:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-08-21 18:50:03.418185
• Title: A universal neutral-atom quantum computer with individual optical addressing and non-destructive readout
• Title（参考訳）: 個別光アドレッシングと非破壊読出しを備えた普遍中原子量子コンピュータ
• Authors: A. G. Radnaev, W. C. Chung, D. C. Cole, D. Mason, T. G. Ballance, M. J. Bedalov, D. A. Belknap, M. R. Berman, M. Blakely, I. L. Bloomfield, P. D. Buttler, C. Campbell, A. Chopinaud, E. Copenhaver, M. K. Dawes, S. Y. Eubanks, A. J. Friss, D. M. Garcia, J. Gilbert, M. Gillette, P. Goiporia, P. Gokhale, J. Goldwin, D. Goodwin, T. M. Graham, CJ Guttormsson, G. T. Hickman, L. Hurtley, M. Iliev, E. B. Jones, R. A. Jones, K. W. Kuper, T. B. Lewis, M. T. Lichtman, F. Majdeteimouri, J. J. Mason, J. K. McMaster, J. A. Miles, P. T. Mitchell, J. D. Murphree, N. A. Neff-Mallon, T. Oh, V. Omole, C. Parlo Simon, N. Pederson, M. A. Perlin, A. Reiter, R. Rines, P. Romlow, A. M. Scott, D. Stiefvater, J. R. Tanner, A. K. Tucker, I. V. Vinogradov, M. L. Warter, M. Yeo, M. Saffman, T. W. Noel,
• Abstract要約: 量子コンピュータは、変換処理能力の約束を果たすために、大規模でフォールトトレラントな演算を実現する必要がある。 ここでは、シャットリングではなく、光スイッチング時間によってゲートレートが制限される普遍的な中性原子量子コンピュータを示す。 我々は、99.35(4)%のCZ忠実度と、99.902(8)%の局所的な単一量子ビットRZゲート忠実度を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computers must achieve large-scale, fault-tolerant operation to deliver on their promise of transformational processing power [1-4]. This will require thousands or millions of high-fidelity quantum gates and similar numbers of qubits [5]. Demonstrations using neutral-atom qubits trapped and manipulated by lasers have shown that this modality can provide high two-qubit gate (CZ) fidelities and scalable operation [6-10]. However, the gates in these demonstrations are driven by lasers that do not resolve individual qubits, with universal computation enabled by physical mid-circuit shuttling of the qubits. This relatively slow operation will greatly extend runtimes for useful, large-scale computation. Here we demonstrate a universal neutral-atom quantum computer with gate rates limited by optical switching times, rather than shuttling, by individually addressing tightly focused laser beams at an array of single atoms. We achieve CZ fidelity of 99.35(4)% and local single qubit RZ gate fidelity of 99.902(8)%. Moreover, we demonstrate non-destructive readout of alkali-atom qubits with sub-percent loss, which boosts operational speed. This technique also enables us to measure 99.73(3)% CZ fidelity with atom-loss events excluded, which is a record among long lived neutral-atom qubits and highlights the path to higher fidelity and error correction. Our results represent a critical step towards large-scale, fault-tolerant neutral-atom quantum computers that can execute computations on practical timescales.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、変換処理能力[1-4]の約束を果たすために、大規模でフォールトトレラントな演算をしなければならない。 これは数千から数百万の高忠実度量子ゲートと類似の量子ビット [5] を必要とする。 レーザーによって捕捉・操作された中性原子量子ビットを用いた実証実験により、このモード性は高い2量子ゲート(CZ)フィラリティとスケーラブルな操作 [6-10] を提供できることが示された。 しかし、これらのデモのゲートは、個々の量子ビットを解決しないレーザーによって駆動され、量子ビットの物理的中間回路シャットリングによって普遍的な計算が可能である。 この比較的遅い操作は、有用な大規模計算のためにランタイムを大幅に拡張する。 ここでは、単一原子の配列に集束したレーザービームを個別に処理することで、シャットリングではなく光スイッチング時間によってゲートレートが制限される普遍的な中性原子量子コンピュータを実証する。 我々は、99.35(4)%のCZ忠実度と、99.902(8)%の局所的な単一量子ビットRZゲート忠実度を達成する。 さらに, アルカリ原子量子ビットの非破壊的読み出しを低損失で行い, 運転速度を向上することを示した。 この手法により、原子ロス現象を除外した99.73(3)%のCZ忠実度を測定でき、これは長生きした中性原子量子ビット間の記録であり、より高い忠実度と誤り訂正への道のりを強調することができる。 この結果は,大規模でフォールトトレラントな中性原子量子コンピュータへの重要な一歩であり,実際の時間スケールで計算を実行できることを示す。

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