論文の概要: Doubling Qubits in a Trapped-Ion System via Vibrational Dual-Rail Encoding
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.12937v1
- Date: Mon, 19 May 2025 10:18:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-20 14:57:11.534029
- Title: Doubling Qubits in a Trapped-Ion System via Vibrational Dual-Rail Encoding
- Title（参考訳）: 振動デュアルレール符号化によるトラップイオンシステムにおける量子ビットの二重化
- Authors: Minhyeok Kang, Wentao Chen, Hyukjoon Kwon, Kihwan Kim, Joonsuk Huh,
- Abstract要約: 1つのフォノンを共有する2つの振動モードで2本のレール量子ビットを符号化するデュアルレール符号化方式を提案する。
デュアルレールキュービット系を論理的内部キュービット-デュアルレールキュービットハイブリッド系に拡張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.63231699189855
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Vibrational modes of trapped ions have traditionally served as quantum buses to mediate internal qubits. However, with recent advances in quantum control, it has become possible to use these vibrational modes directly as quantum computational resources, such as bosonic qubits. Here, we propose a dual-rail encoding scheme in which a dual-rail qubit is encoded by two vibrational modes that share a single phonon. We present the preparation, measurement, and implementation of single- and two-qubit gates, enabling universal quantum computation. The dual-rail qubit system offers scalability and all-to-all connectivity. Moreover, we extend the dual-rail qubit system to a logical internal qubit--dual-rail qubit hybrid system by incorporating internal qubits into the dual-rail qubit system as another type of logical qubit. The hybrid system nearly doubles the number of available logical qubits compared to conventional trapped-ion quantum computers while maintaining all-to-all connectivity. Additionally, we propose a method for implementing multi-qubit controlled gates and discuss potential applications that can leverage the advantages of the hybrid system. Our scheme provides a practical framework for an internal qubit-boson qubit hybrid system.
- Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオンの振動モードは、伝統的に内部量子ビットを媒介する量子バスとして機能してきた。
しかし、近年の量子制御の進歩により、ボソニック量子ビットのような量子計算資源としてこれらの振動モードを直接利用できるようになった。
本稿では,2つの振動モードを1つのフォノンの共振モードで符号化するデュアルレール符号化方式を提案する。
本稿では、単一および2量子ビットゲートの作成、測定、実装を行い、普遍的な量子計算を可能にした。
デュアルレールキュービットシステムはスケーラビリティと全接続性を提供する。
さらに, 内部量子ビットを論理量子ビット系に組み込むことにより, 二重レール量子ビット系を論理的内部量子ビット-双レール量子ビットハイブリッド系に拡張する。
このハイブリッドシステムは、すべての接続性を維持しながら、従来の閉じ込められたイオン量子コンピュータと比較して利用可能な論理量子ビットの数をほぼ2倍にしている。
さらに,マルチキュービット制御ゲートの実装手法を提案し,ハイブリッドシステムの利点を活用できる可能性について検討する。
提案手法は、内部量子ビット-ボソン量子ビットハイブリッドシステムのための実践的なフレームワークを提供する。
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