論文の概要: Universal Quantum Gate Set for Gottesman-Kitaev-Preskill Logical Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.05455v1
- Date: Mon, 9 Sep 2024 09:23:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-10 15:10:24.524211
- Title: Universal Quantum Gate Set for Gottesman-Kitaev-Preskill Logical Qubits
- Title（参考訳）: Gottesman-Kitaev-Preskill Logical Qubitsのためのユニバーサル量子ゲートセット
- Authors: V. G. Matsos, C. H. Valahu, M. J. Millican, T. Navickas, X. C. Kolesnikow, M. J. Biercuk, T. R. Tan,
- Abstract要約: GKP符号に対するユニバーサルゲートセットの実験実験について報告する。
これには、シングルキュービットゲートと、論理コードワード間の2キュービットのエンタングゲートが、初めて含まれている。
論理過程の忠実度が0.960、論理過程の忠実度が0.680である2量子エンタングルゲートを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The realisation of a universal quantum computer at scale promises to deliver a paradigm shift in information processing, providing the capability to solve problems that are intractable with conventional computers. A key limiting factor of realising fault-tolerant quantum information processing (QIP) is the large ratio of physical-to-logical qubits that outstrip device sizes available in the near future. An alternative approach proposed by Gottesman, Kitaev, and Preskill (GKP) encodes a single logical qubit into a single harmonic oscillator, alleviating this hardware overhead in exchange for a more complex encoding. Owing to this complexity, current experiments with GKP codes have been limited to single-qubit encodings and operations. Here, we report on the experimental demonstration of a universal gate set for the GKP code, which includes single-qubit gates and -- for the first time -- a two-qubit entangling gate between logical code words. Our scheme deterministically implements energy-preserving quantum gates on finite-energy GKP states encoded in the mechanical motion of a trapped ion. This is achieved by a novel optimal control strategy that dynamically modulates an interaction between the ion's spin and motion. We demonstrate single-qubit gates with a logical process fidelity as high as 0.960 and a two-qubit entangling gate with a logical process fidelity of 0.680. We also directly create a GKP Bell state from the oscillators' ground states in a single step with a logical state fidelity of 0.842. The overall scheme is compatible with existing hardware architectures, highlighting the opportunity to leverage optimal control strategies as a key accelerant towards fault tolerance.
- Abstract（参考訳）: 大規模で普遍的な量子コンピュータの実現は、情報処理のパラダイムシフトをもたらすことを約束し、従来のコンピュータでは難解な問題を解く能力を提供する。
フォールトトレラント量子情報処理(QIP)を実現するための鍵となる制限要因は、近い将来に利用可能なデバイスサイズを超過する物理と論理の量子ビットの比率が大きいことである。
Gottesman, Kitaev, Preskill (GKP) による別のアプローチでは、1つの論理量子ビットを単一の調和振動子に符号化し、より複雑な符号化と引き換えにこのハードウェアオーバーヘッドを軽減する。
この複雑さのため、GKP符号を用いた現在の実験は単一量子ビット符号化と演算に限られている。
本稿では,GKP符号に対する普遍ゲートセットの実験実験について報告する。
我々の手法は、閉じ込められたイオンの機械的運動に符号化された有限エネルギーGKP状態にエネルギー保存量子ゲートを決定的に実装する。
これは、イオンのスピンと運動の間の相互作用を動的に変調する新しい最適制御戦略によって達成される。
論理過程の忠実度が0.960、論理過程の忠実度が0.680である2量子エンタングルゲートを実証する。
また、振動子の基底状態からGKPベル状態を直接1ステップで生成し、論理状態の忠実度は0.842である。
全体的なスキームは既存のハードウェアアーキテクチャと互換性があり、最適制御戦略をフォールトトレランスへの重要な加速として活用する機会を強調している。
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