論文の概要: Scalable entangling gates on ion qubits via structured light addressing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.19535v1
• Date: Tue, 24 Jun 2025 11:45:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-25 19:48:23.609285
• Title: Scalable entangling gates on ion qubits via structured light addressing
• Title（参考訳）: 構造光アドレッシングによるイオン量子ビット上のスケーラブルなエンタングリングゲート
• Authors: Xueying Mai, Liyun Zhang, Qinyang Yu, Junhua Zhang, Yao Lu,
• Abstract要約: 実用的な量子プロセッサの開発における中心的な課題は、多数の量子ビットにスケールしながら、低制御の複雑さを維持することである。 我々は,Hermite-Gaussianビームアレイを生成する個別アドレッシングシステムを備えた新規なトラップイオンプロセッサを開発した。 複素パルス整形を伴わずに0.97程度の忠実度を持つ最大6個のイオンを含む鎖の2量子エンタングリングゲートのアドレス化を実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6205489137572204
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A central challenge in developing practical quantum processors is maintaining low control complexity while scaling to large numbers of qubits. Trapped-ion systems excel in small-scale operations and support rapid qubit scaling via long-chain architectures. However, their performance in larger systems is hindered by spectral crowding in radial motional modes, a problem that forces reliance on intricate pulse-shaping techniques to maintain gate fidelities. Here, we overcome this challenge by developing a novel trapped-ion processor with an individual-addressing system that generates steerable Hermite-Gaussian beam arrays. The transverse gradient of these beams couples qubits selectively to sparse axial motional modes, enabling to isolate a single mode as entanglement mediator. Leveraging this capability, we demonstrate addressable two-qubit entangling gates in chains up to six ions with fidelities consistently around 0.97, achieved without complex pulse shaping. Our method significantly reduces control overhead while preserving scalability, providing a crucial advance toward practical large-scale trapped-ion quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 実用的な量子プロセッサの開発における中心的な課題は、多数の量子ビットにスケールしながら、低制御の複雑さを維持することである。 トラップドイオンシステムは小規模の操作に優れ、ロングチェーンアーキテクチャによる高速キュービットスケーリングをサポートする。 しかし、大きなシステムにおけるそれらの性能は、放射運動モードのスペクトル群集によって妨げられ、これは門の忠実性を維持するために複雑なパルス整形技術に依存している問題である。 そこで本研究では,Hermite-Gaussianビームアレイを生成する個別アドレッシングシステムを備えた,新規なトラップイオンプロセッサを開発することで,この問題を克服する。 これらのビームの逆勾配は、緩やかな軸運動モードに選択的に量子ビットを結合し、単一のモードを絡み合うメディエータとして分離することができる。 この能力を生かして、複雑なパルス整形を伴わずに0.97の忠実度を持つ最大6個のイオンを含む鎖の2量子エンタングリングゲートをアドレス化できることを示した。 本手法は,スケーラビリティを保ちながら制御オーバーヘッドを大幅に低減し,大規模量子コンピューティングの実現に向けて重要な進歩をもたらす。

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