論文の概要: Two-qubit gate protocols with microwave-dressed Rydberg ions in a linear Paul trap
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.13699v1
- Date: Wed, 18 Dec 2024 10:43:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-19 16:45:44.038298
- Title: Two-qubit gate protocols with microwave-dressed Rydberg ions in a linear Paul trap
- Title（参考訳）: 線形ポールトラップにおけるマイクロ波配向Rydbergイオンを用いた2量子ゲートプロトコル
- Authors: Joseph W. P. Wilkinson, Katrin Bolsmann, Thiago L. M. Guedes, Markus Müller, Igor Lesanovsky,
- Abstract要約: 制御相ゲート動作につながる3つのプロトコルの性能について理論的に検討する。
本研究では, 高速レーザー駆動による非断熱遷移が, システムの特性時間スケールに対して, ゲート忠実度にどのように影響するかを示す。
全体として、この場所は、高速な高精度量子コンピューティングと最終的に量子エラー補正が可能である体制に、リドバーグイオンを閉じ込めた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2600261666440378
- License:
- Abstract: Ultracold trapped atomic ions excited into highly energetic Rydberg states constitute a promising platform for scalable quantum information processing. Elementary building blocks for such tasks are high-fidelity and sufficiently fast entangling two-qubit gates, which can be achieved via strong dipole-dipole interactions between microwave-dressed Rydberg ions, as recently demonstrated in a breakthrough experiment $[\href{https://www.nature.com/articles/s41586-020-2152-9}{1}]$. We theoretically investigate the performance of three protocols leading to controlled-phase gate operations. Starting from a microscopic description of Rydberg ions in a linear Paul trap, we derive an effective Hamiltonian that faithfully captures the essential dynamics underlying the gate protocols. We then use an optimization scheme to fine-tune experimentally controllable parameters like laser detuning and Rabi frequency to yield maximal gate fidelity under each studied protocol. We show how non-adiabatic transitions resulting from fast laser driving relative to the characteristic time scales of the system detrimentally affect the fidelity. Despite this, we demonstrate that in the realistic scenario of Rydberg ions with finite radiative lifetimes, optimizing the best found gate protocol enables achievement of fidelities as high as $99.25\,\%$ for a gate time of $0.2\,\mu\mathrm{s}$. This considerably undercuts entangling gate durations between ground-state ions, for which gate times are typically limited by the comparably slower time scales of vibrational modes. Overall, this places trapped Rydberg ions into the regime where fast high-accuracy quantum computing and eventually quantum error correction become possible.
- Abstract（参考訳）: 強いエネルギーのRydberg状態に励起される極低温の原子イオンは、スケーラブルな量子情報処理のための有望なプラットフォームである。
そのようなタスクの基本的なビルディングブロックは、高忠実で十分に高速な2量子ビットゲートであり、マイクロ波でコーティングされたライドバーグイオン間の強い双極子-双極子相互作用によって達成できる。
制御相ゲート動作につながる3つのプロトコルの性能について理論的に検討する。
線形ポールトラップにおけるライドバーグイオンの顕微鏡的記述から始まり、ゲートプロトコルの根底にある重要な力学を忠実に捉える効果的なハミルトン函数を導出する。
次に,レーザデチューニングやラビ周波数などの実験的に制御可能なパラメータを微調整して,各プロトコルの最大ゲート忠実度を求める最適化手法を提案する。
本研究では, 高速レーザー駆動による非断熱遷移が, システムの特性時間スケールにどのように影響するかを示す。
それにもかかわらず、リドベルクイオンの有限放射寿命の現実的なシナリオにおいて、最良のゲートプロトコルを最適化することで、最大99.25\,\%$のフィデリティの達成が可能であり、ゲート時間0.2\,\mu\mathrm{s}$であることを示す。
このことは、地上イオン間のゲートの絡み合いを著しく減らし、通常は振動モードのより遅い時間スケールによってゲートの時間に制限される。
全体として、この場所は、高速な高精度量子コンピューティングと最終的に量子エラー補正が可能である体制に、リドバーグイオンを閉じ込めた。
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