論文の概要: Scalable quantum simulator with an extended gate set in giant atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.04537v1
• Date: Thu, 06 Mar 2025 15:22:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-07 15:59:00.863673
• Title: Scalable quantum simulator with an extended gate set in giant atoms
• Title（参考訳）: 巨大原子に拡張ゲートをセットしたスケーラブル量子シミュレータ
• Authors: Guangze Chen, Anton Frisk Kockum,
• Abstract要約: 本稿では,巨大原子3レベルシステムに基づく拡張ゲートセットを用いたスケーラブルな量子シミュレータを提案する。 このチューニング性を活用することで、簡単な周波数調整により、CZゲートとiSWAPゲートの両方をサポートする。 実演として,散逸型ハイゼンベルクXXZスピン鎖におけるスピンダイナミクスのシミュレーションを紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Quantum computation and quantum simulation require a versatile gate set to optimize circuit compilation for practical applications. However, existing platforms are often limited to specific gate types or rely on parametric couplers to extend their gate set, which compromises scalability. Here, we propose a scalable quantum simulator with an extended gate set based on giant-atom three-level systems, which can be implemented with superconducting circuits. Unlike conventional small atoms, giant atoms couple to the environment at multiple points, introducing interference effects that allow exceptional tunability of their interactions. By leveraging this tunability, our setup supports both CZ and iSWAP gates through simple frequency adjustments, eliminating the need for parametric couplers. This dual-gate capability enhances circuit efficiency, reducing the overhead for quantum simulation. As a demonstration, we showcase the simulation of spin dynamics in dissipative Heisenberg XXZ spin chains, highlighting the setup's ability to tackle complex open quantum many-body dynamics. Finally, we discuss how a two-dimensional extension of our system could enable fault-tolerant quantum computation, paving the way for a universal quantum processor.
• Abstract（参考訳）: 量子計算と量子シミュレーションは、実用的な用途のために回路のコンパイルを最適化するために多目的ゲートセットを必要とする。 しかし、既存のプラットフォームは特定のゲートタイプに制限される場合や、パラメトリックカプラを使ってゲートセットを拡張する場合が多いため、スケーラビリティが損なわれる。 本稿では,超伝導回路で実装可能な巨大原子3レベルシステムに基づく拡張ゲートセットを備えたスケーラブルな量子シミュレータを提案する。 従来の小さな原子とは異なり、巨大原子は複数の点で環境に結合し、相互作用の異常な調整を可能にする干渉効果を導入する。 このチューニング性を活用することで、簡単な周波数調整によりCZゲートとiSWAPゲートの両方をサポートし、パラメトリックカプラを不要にする。 このデュアルゲート機能は回路効率を高め、量子シミュレーションのオーバーヘッドを低減する。 実演として、散逸したハイゼンベルクXXZスピン鎖におけるスピンダイナミクスのシミュレーションを紹介し、複雑なオープンな量子多体ダイナミクスに取り組むセットアップの能力を強調した。 最後に、我々のシステムの2次元拡張がフォールトトレラント量子計算を可能にし、普遍量子プロセッサへの道を開く方法について論じる。

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