論文の概要: Dual-type dual-element atom arrays for quantum information processing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.16896v1
- Date: Fri, 21 Mar 2025 07:00:35 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-24 14:55:34.027171
- Title: Dual-type dual-element atom arrays for quantum information processing
- Title（参考訳）: 量子情報処理のためのデュアル型2元原子アレイ
- Authors: Zhanchuan Zhang, Jeth Arunseangroj, Wenchao Xu,
- Abstract要約: 本稿では,デュアル型2要素原子配列に基づく新しい量子処理アーキテクチャを提案する。
我々は、個々の量子ビットの再構成可能で高速な制御を可能にするアンサンブル支援量子演算を実証する。
本方式では,それぞれ99.5%と99.9%の忠実度を持つ単一ビットとマルチキュービットの個別処理をサポートする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.576714355493591
- License:
- Abstract: Neutral-atom arrays are a leading platform for quantum technologies, offering a promising route toward large-scale, fault-tolerant quantum computing. We propose a novel quantum processing architecture based on dual-type, dual-element atom arrays, where individually trapped atoms serve as data qubits, and small atomic ensembles enable ancillary operations. By leveraging the selective initialization, coherent control, and collective optical response of atomic ensembles, we demonstrate ensemble-assisted quantum operations that enable reconfigurable, high-speed control of individual data qubits and rapid mid-circuit readout, including both projective single-qubit and joint multi-qubit measurements. The hybrid approach of this architecture combines the long coherence times of single-atom qubits with the enhanced controllability of atomic ensembles, achieving high-fidelity state manipulation and detection with minimal crosstalk. Numerical simulations indicate that our scheme supports individually addressable single- and multi-qubit operations with fidelities of 99.5% and 99.9%, respectively, as well as fast single- and multi-qubit state readout with fidelities exceeding 99% within tens of microseconds. These capabilities open new pathways toward scalable, fault-tolerant quantum computation, enabling repetitive error syndrome detection and efficient generation of long-range entangled many-body states, thereby expanding the quantum information toolbox beyond existing platforms.
- Abstract（参考訳）: ニュートラル原子配列は量子技術の主要なプラットフォームであり、大規模でフォールトトレラントな量子コンピューティングへの道のりを提供する。
本稿では,2次元原子配列を基本とした新しい量子処理アーキテクチャを提案する。
原子アンサンブルの選択的初期化、コヒーレント制御、および集合光学応答を利用して、個々のデータキュービットの再構成可能で高速な制御を可能にするアンサンブル支援量子演算と、投影型単一キュービットと関節型マルチキュービットの測定を含む高速な中間回路読み出しを実現する。
このアーキテクチャのハイブリッドアプローチは、単一原子量子ビットの長いコヒーレンス時間と原子アンサンブルの制御性の向上を組み合わせ、高忠実度状態操作と最小クロストークによる検出を実現する。
数値シミュレーションにより, それぞれ99.5%, 99.9%の忠実度を持つ単一ビットとマルチキュービットの個別処理をサポートし, 高速な単一ビットとマルチキュービットの状態読み出しを10マイクロ秒以内で99%以上サポートすることを確認した。
これらの能力により、スケーラブルでフォールトトレラントな量子計算への新たな経路が開かれ、繰り返しエラーシンドロームの検出と長距離多体状態の効率的な生成が可能になり、それによって既存のプラットフォームを超えて量子情報ツールボックスが拡張される。
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