論文の概要: Hyperbolic Quantum Processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14098v1
- Date: Wed, 18 Dec 2024 17:48:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-19 13:23:00.058101
- Title: Hyperbolic Quantum Processor
- Title（参考訳）: 双曲量子プロセッサ
- Authors: Evgenii E. Narimanov, Eugene A. Demler,
- Abstract要約: ハイパーボリック材料中の光ポーラリトン波によって量子ビット相互作用が媒介される場合, 長距離量子ビットの絡み合いが実現可能であることを示す。
99%を超える量子ゲートの忠実度は、シリコンのよく知られたディープドナーに基づく量子ビットを用いることで達成できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Achieving strong coherent interaction between qubits separated by large distances holds the key to many important developments in quantum technology, including new designs of quantum computers, new platforms for quantum simulations and implementation of large scale quantum optical networks. However, the inherent mismatch between the spatial dimensions of a quantum emitter and the photon wavelength fundamentally limits the transmission of quantum entanglement over long distances. Here we demonstrate, that long-range qubit entanglement can be readily achieved when qubit interactions are mediated by optical polariton waves in a hyperbolic material, due to the phenomenon of the Hyperbolic Super-Resonance. We show that in this regime the resulting quantum gate fidelity that exceeds 99%, can be achieved with the use of qubits based on well known deep donors in silicon when their interactions are mediated by polariton fields in the substrate formed by a hyperbolic material (such as e.g. hexagonal boron nitride. At the physical level the proposed system is essentially a silicon-based optoelectronic chip, and it's readily accessible to the existing methods of semiconductor nanofabrication, leading to the integration densities of well over 10^8. qubits/cm^2, and therefore opening the way to scalable and fault-tolerant error correction in quantum computation. Furthermore, we demonstrate that, due to the optical time scales that define the duration of the gate operation in the proposed system, and sub-nanosecond time of the decoherence in deep donors in silicon at the liquid nitrogen temperatures, the proposed Hyperbolic Quantum Processor does not require dilution refrigeration and therefore offers a pathway to bring quantum computation to the realm of conventional engineering.
- Abstract（参考訳）: 大きな距離で分離された量子ビット間の強いコヒーレントな相互作用を実現することは、量子コンピュータの新しい設計、量子シミュレーションの新しいプラットフォーム、大規模量子光学ネットワークの実装など、量子技術の多くの重要な発展の鍵となる。
しかし、量子エミッタの空間次元と光子波長との間の固有のミスマッチは、遠距離における量子絡みの伝達を根本的に制限する。
ここでは、ハイパーボリック・スーパー共鳴現象により、光ポーラリトン波によって量子ビット相互作用が媒介されるときに、長距離量子ビットの絡み合いが容易に実現できることを示す。
この状態下では,99%を超える量子ゲートの忠実度は,高次物質(例えば六方晶窒化ホウ素)によって形成される基板内の偏光子場によって相互作用が媒介されるときに,シリコン中のよく知られたディープドナーをベースとした量子ビットを用いることで達成できることが示されている。
物理レベルでは、提案システムはシリコンベースの光電子チップであり、既存の半導体ナノファブリケーション法に容易にアクセスでき、10^8以上の積分密度をもたらす。
qubits/cm^2 であり、量子計算におけるスケーラブルでフォールトトレラントな誤り訂正への道を開く。
さらに,提案システムにおけるゲート動作の持続時間とシリコンの液体窒素温度におけるディープドナーの脱コヒーレンスのサブナノ秒時間を定義する光学的時間スケールにより,提案したハイパーボリック量子プロセッサは希釈冷凍を必要としないため,従来の工学領域に量子計算をもたらす経路を提供する。
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