論文の概要: Efficient Implementation of a Quantum Algorithm with a Trapped Ion Qudit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.09371v1
- Date: Wed, 11 Jun 2025 03:35:55 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-13 06:35:02.309781
- Title: Efficient Implementation of a Quantum Algorithm with a Trapped Ion Qudit
- Title（参考訳）: トラップしたイオン量をもつ量子アルゴリズムの効率的な実装
- Authors: Xiaoyang Shi, Jasmine Sinanan-Singh, Timothy J. Burke, John Chiaverini, Isaac L. Chuang,
- Abstract要約: qudits($$レベルのシステム)は、ハードウェア効率とアルゴリズム性能の両方に潜在的な利点を提供する。
最大8レベルまでのイオンquditを捕捉した単一イオンquditのマルチトーン制御を実証した。
グルーバーの探索アルゴリズムの最初の実装は5次元と8次元のキューディットである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Demonstration of quantum advantage remains challenging due to the increased overhead of controlling large quantum systems. While significant effort has been devoted to qubit-based devices, qudits ($d$-level systems) offer potential advantages in both hardware efficiency and algorithmic performance. In this paper, we demonstrate multi-tone control of a single trapped ion qudit of up to eight levels, as well as the first implementation of Grover's search algorithm on a qudit with dimension five and eight, achieving operation fidelity of 96.8(3)$\%$ and 69(6)$\%$, respectively, which correspond to 99.9(1)\% and 97.1(3) \% squared statistical overlap (SSO), respectively, with the expected result for a single iteration of the Grover search algorithm. The performance is competitive when compared to qubit-based systems; moreover, the sequence requires only $\mathcal{O}(d)$ single qudit gates and no entangling gates. This work highlights the potential of using qudits for efficient implementations of quantum algorithms.
- Abstract（参考訳）: 量子優位性の実証は、大きな量子系を制御するオーバーヘッドが増大したため、依然として困難である。
qubitベースのデバイスに多大な努力が注がれているが、qudits($d$レベルのシステム)はハードウェア効率とアルゴリズム性能の両方に潜在的な利点をもたらす。
本稿では,最大8レベルまでの捕捉イオンキュディットのマルチトン制御と,Groverの探索アルゴリズムを5次元および8次元のキュディット上に実装し,96.8(3)$\%$と69(6)$\%$をそれぞれ99.9(1)\%と97.1(3) \%の2乗統計重み付け(SSO)に対応させた。
さらに、シーケンスは$\mathcal{O}(d)$ single qudit gates と not entangling gates のみを必要とする。
この研究は量子アルゴリズムの効率的な実装にキューディットを使うことの可能性を強調している。
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