論文の概要: Transverse Polarization Gradient Entangling Gates for Trapped-Ion Quantum Computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.19691v1
• Date: Tue, 24 Jun 2025 14:59:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-25 19:48:23.685929
• Title: Transverse Polarization Gradient Entangling Gates for Trapped-Ion Quantum Computation
• Title（参考訳）: トラッピングイオン量子計算のための横偏極勾配エンタングゲート
• Authors: Jin-Ming Cui, Yan Chen, Yi-Fan Zhou, Quan Long, En-Teng An, Ran He, Yun-Feng Huang, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo,
• Abstract要約: ゲートを個々のアドレッシング能力で絡めることは、捕捉されたイオン結晶に量子計算を実装するための重要なアプローチである。 そこで本研究では, 集束レーザビームが生成する偏光勾配場を用いた別の手法を実験的に実証する。 我々は171Yb+イオンで符号化された核スピン量子ビット上でラマン演算を行い、線形トラップにおいて軸運動モードに沿ってスピン依存力を生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 38.369575982871815
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The construction of entangling gates with individual addressing capability represents a crucial approach for implementing quantum computation in trapped ion crystals. Conventional entangling gate schemes typically rely on laser beam wave vectors to couple the ions' spin and motional degrees of freedom. Here, we experimentally demonstrate an alternative method that employs a polarization gradient field generated by a tightly focused laser beam, previously proposed as a Magnus-type quantum logic gate. Using this technique, we perform Raman operations on nuclear spin qubits encoded in 171Yb+ ions, generating spin-dependent forces along axial motional modes in a linear trap. By utilizing an acousto-optic deflector to create arbitrary spot pairs for individual ion addressing in two-ion (four-ion) chains, we achieve MS gates with fidelities exceeding 98.5% (97.2%). Further improvements in numerical aperture and laser power could reduce gate durations while enhancing fidelity. This method is compatible with, and can significantly simplify, optical tweezer gate proposals, where motional mode engineering enables scalable trapped-ion quantum computation. The technique can be extended to two-dimensional ion crystals, representing a key step toward large-scale trapped-ion quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 個々のアドレッシング能力を持つエンタングリングゲートの構築は、捕捉されたイオン結晶に量子計算を実装するための重要なアプローチである。 従来のエンタングリングゲートスキームは、通常、イオンのスピンと運動の自由度を結合するためにレーザービーム波ベクトルに依存する。 本稿では、これまでマグナス型量子論理ゲートとして提案されていた、タイトに集束したレーザービームによって生成される偏光勾配場を用いた別の手法を実験的に実証する。 この手法を用いて、171Yb+イオンで符号化された核スピン量子ビット上でラマン演算を行い、線形トラップにおいて軸運動モードに沿ってスピン依存力を生成する。 アコホースト光偏向器を用いて2イオン(4イオン)鎖の個々のイオンアドレスに対して任意のスポットペアを生成することにより、98.5%(97.2%)を超える忠実度を持つMSゲートを実現する。 数値開口とレーザーパワーのさらなる改善は、忠実度を高めながらゲート持続時間を短縮する可能性がある。 この手法は、光学的ツイーザーゲートの提案と互換性があり、光学的ツイーザーゲートの提案を著しく単純化することができる。 この技術は2次元のイオン結晶に拡張することができ、大規模に閉じ込められたイオン量子プロセッサへの重要なステップを示す。

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