論文の概要: Optimizing two-qubit gates for ultracold atoms using Fermi-Hubbard models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.06768v1
• Date: Sun, 09 Mar 2025 20:45:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-11 15:47:15.607581
• Title: Optimizing two-qubit gates for ultracold atoms using Fermi-Hubbard models
• Title（参考訳）: Fermi-Hubbardモデルを用いた超低温原子に対する2量子ゲートの最適化
• Authors: Juhi Singh, Jan A. P. Reuter, Tommaso Calarco, Felix Motzoi, Robert Zeier,
• Abstract要約: 我々は、Fermi-Hubbard記述に基づく超格子内における高速で衝突に基づく2量子ゲートの設計に量子最適制御を用いる。 その結果、最適化においてより高いエネルギーバンドを許すことで、ゲート長を5倍に短縮する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Ultracold atoms trapped in optical lattices have emerged as a scalable and promising platform for quantum simulation and computation. However, gate speeds remain a significant limitation for practical applications. In this work, we employ quantum optimal control to design fast, collision-based two-qubit gates within a superlattice based on a Fermi-Hubbard description, reaching errors in the range of $10^{-3}$ for realistic parameters. Numerically optimizing the lattice depths and the scattering length, we effectively manipulate hopping and interaction strengths intrinsic to the Fermi-Hubbard model. Our results provide five times shorter gate durations by allowing for higher energy bands in the optimization, suggesting that standard modeling with a two-band Fermi-Hubbard model is insufficient for describing the dynamics of fast gates and we find that four to six bands are required. Additionally, we achieve non-adiabatic gates by employing time-dependent lattice depths rather than using only fixed depths. The optimized control pulses not only maintain high efficacy in the presence of laser intensity and phase noise but also result in negligible inter-well couplings.
• Abstract（参考訳）: 光格子に閉じ込められた超低温原子は、量子シミュレーションと計算のためのスケーラブルで有望なプラットフォームとして登場した。 しかし、ゲート速度は実用上重要な限界である。 本研究では,Fermi-Hubbard記述に基づく超格子内における高速な衝突型2量子ゲートの設計に量子最適制御を用い,現実的なパラメータに対して10^{-3}$の範囲での誤差に到達した。 格子深さと散乱長を数値的に最適化し,Fermi-Hubbardモデルに固有のホッピングと相互作用強度を効果的に操作する。 その結果,2バンドのFermi-Hubbardモデルを用いた標準モデリングは高速ゲートの力学を記述するには不十分であり,4～6バンドが必要であることが示唆された。 さらに,固定深度のみを用いることよりも,時間依存格子深度を用いて非断熱ゲートを実現する。 最適化された制御パルスは、レーザー強度と位相ノイズの存在下で高い有効性を維持するだけでなく、無視可能なウェルカップリングをもたらす。

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