論文の概要: An 11-qubit atom processor in silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.03567v1
• Date: Wed, 04 Jun 2025 04:31:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 21:20:14.15276
• Title: An 11-qubit atom processor in silicon
• Title（参考訳）: シリコン中の11量子原子プロセッサ
• Authors: Hermann Edlbauer, Junliang Wang, A. M. Saffat-Ee Huq, Ian Thorvaldson, Michael T. Jones, Saiful Haque Misha, William J. Pappas, Christian M. Moehle, Yu-Ling Hsueh, Henric Bornemann, Samuel K. Gorman, Yousun Chung, Joris G. Keizer, Ludwik Kranz, Michelle Y. Simmons,
• Abstract要約: シリコン中のリン原子は、原子スピンが数秒を超えるコヒーレンス時間を示すため、量子コンピューティングの優れたプラットフォームである。 ここでは、2つの多核スピンレジスタからなる完全に制御された11量子原子プロセッサとの統合を実演する。 局所ベル状態と非局所ベル状態の両方を99%以上の忠実度で作成し,全接続効率を検証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7454461126580372
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Phosphorus atoms in silicon are an outstanding platform for quantum computing as their nuclear spins exhibit coherence time over seconds. By placing multiple phosphorus atoms within a radius of a few nanometers, they couple via the hyperfine interaction to a single, shared electron. Such a nuclear spin register enables multi-qubit control above the fault-tolerant threshold and the execution of small-scale quantum algorithms. To achieve quantum error correction, fast and efficient interconnects have to be implemented between spin registers while maintaining high fidelity across all qubit metrics. Here, we demonstrate such integration with a fully controlled 11-qubit atom processor composed of two multi-nuclear spin registers which are linked via electron exchange interaction. Through the development of scalable calibration and control protocols, we achieve coherent coupling between nuclear spins using a combination of single- and multi-qubit gates with all fidelities ranging from 99.5% to 99.99%. We verify the efficient all-to-all connectivity by preparing both local and non-local Bell states with a record state fidelity beyond 99% and extend entanglement through the generation of Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states over all data qubits. By establishing high-fidelity operation across interconnected nuclear-spin registers, we realise a key milestone towards fault-tolerant quantum computation with atom processors.
• Abstract（参考訳）: シリコン中のリン原子は、原子スピンが数秒を超えるコヒーレンス時間を示すため、量子コンピューティングの優れたプラットフォームである。 複数のリン原子を数ナノメートルの半径内に配置することで、超微細な相互作用を通じて単一の共有電子に結合する。 このような核スピンレジスタは、フォールトトレラントしきい値を超えるマルチキュービット制御と小規模量子アルゴリズムの実行を可能にする。 量子誤り訂正を実現するには、全ての量子ビットメトリクスの高忠実性を保ちながら、スピンレジスタ間で高速かつ効率的な相互接続を実装する必要がある。 ここでは、電子交換相互作用を介してリンクされる2つの多核スピンレジスタからなる、完全に制御された11量子原子プロセッサとの統合を実証する。 拡張性のあるキャリブレーションと制御プロトコルの開発を通じて、99.5%から99.99%までの全ての忠実度を持つシングルキュービットゲートとマルチキュービットゲートの組み合わせを用いて、核スピン間のコヒーレントな結合を実現する。 ローカルおよび非ローカルのベル状態と99%以上の忠実度を持つ状態と、グリーンバーガー・ホーネ・ツェーリンガー状態(GHZ)の生成により絡み合いを拡大することにより、効率的な全接続性を検証する。 相互接続された核スピンレジスタ間の高忠実度演算を確立することにより、原子プロセッサによるフォールトトレラント量子計算への重要なマイルストーンが実現する。

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