論文の概要: Two-qubit logic and teleportation with mobile spin qubits in silicon
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.15434v1
- Date: Wed, 19 Mar 2025 17:17:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-20 15:22:05.220206
- Title: Two-qubit logic and teleportation with mobile spin qubits in silicon
- Title（参考訳）: シリコン中の移動スピン量子ビットによる2量子論理とテレポーテーション
- Authors: Yuta Matsumoto, Maxim De Smet, Larysa Tryputen, Sander L. de Snoo, Sergey V. Amitonov, Amir Sammak, Maximilian Rimbach-Russ, Giordano Scappucci, Lieven M. K. Vandersypen,
- Abstract要約: 2つの電子スピン間の2量子動作を別々の移動電位ミニマで示す。
相互作用強度は空間分離により高度に調整可能であり,平均2量子ゲート忠実度は約99%に達することがわかった。
平均ゲート忠実度87%の空間分離量子ビット間の条件付き後量子状態テレポーテーションを実装した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The scalability and power of quantum computing architectures depend critically on high-fidelity operations and robust and flexible qubit connectivity. In this respect, mobile qubits are particularly attractive as they enable dynamic and reconfigurable qubit arrays. This approach allows quantum processors to adapt their connectivity patterns during operation, implement different quantum error correction codes on the same hardware, and optimize resource utilization through dedicated functional zones for specific operations like measurement or entanglement generation. Such flexibility also relieves architectural constraints, as recently demonstrated in atomic systems based on trapped ions and neutral atoms manipulated with optical tweezers. In solid-state platforms, highly coherent shuttling of electron spins was recently reported. A key outstanding question is whether it may be possible to perform quantum gates directly on the mobile spins. In this work, we demonstrate two-qubit operations between two electron spins carried towards each other in separate traveling potential minima in a semiconductor device. We find that the interaction strength is highly tunable by their spatial separation, achieving an average two-qubit gate fidelity of about 99\%. Additionally, we implement conditional post-selected quantum state teleportation between spatially separated qubits with an average gate fidelity of 87\%, showcasing the potential of mobile spin qubits for non-local quantum information processing. We expect that operations on mobile qubits will become a universal feature of future large-scale semiconductor quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングアーキテクチャのスケーラビリティとパワーは、高忠実度演算と堅牢で柔軟な量子ビット接続に依存している。
この点において、モバイルキュービットは動的かつ再構成可能なキュービット配列を可能にするため、特に魅力的である。
このアプローチにより、量子プロセッサは、操作中に接続パターンを適応し、異なる量子エラー訂正符号を同じハードウェア上で実装し、測定や絡み合い生成のような特定の操作のために専用の機能ゾーンを通じてリソース利用を最適化できる。
このような柔軟性は、閉じ込められたイオンと光学的ツイーザーで操作された中性原子に基づいて最近原子系で実証されたように、アーキテクチャ上の制約を緩和する。
固体プラットフォームでは、電子スピンの高度にコヒーレントなシャットリングが報告されている。
重要な疑問は、移動スピン上で量子ゲートを直接実行できるかどうかである。
本研究では,半導体デバイスにおける2つの電子スピン間の2量子動作を,別々の移動電位ミニマで実証する。
その結果, 相互作用強度は空間分離により高度に調整可能であり, 平均2量子ゲート忠実度は約99\%に達することがわかった。
さらに,空間的に分離された量子ビット間の条件付き後量子状態テレポーテーションを平均ゲート忠実度87\%で実施し,非局所量子情報処理における移動スピン量子ビットの可能性を示す。
我々は,モバイル量子ビット上での動作が,将来の大規模半導体量子プロセッサの普遍的な機能になることを期待している。
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