論文の概要: Toffoli and C$^\text{n}$NOT (n$>2$) gates in a neutral-atom platform using Rydberg coupling and dark state resonances

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.02531v1
• Date: Thu, 03 Jul 2025 11:13:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-04 15:37:16.177754
• Title: Toffoli and C$^\text{n}$NOT (n$>2$) gates in a neutral-atom platform using Rydberg coupling and dark state resonances
• Title（参考訳）: Rydberg結合とダークステート共鳴を用いた中性原子プラットフォームにおけるトフォリとC$^\text{n}$NOT (n$>2$)ゲート
• Authors: Sinchan Snigdha Rej, Bimalendu Deb,
• Abstract要約: 光ツイーザにおける中性原子量子ビットを用いたトフォリゲートの実現プロトコルを提案する。 提案手法は,Rydberg励起による原子間の強い相互作用と長距離相互作用と,ターゲット量子ビットにおける暗黒状態の発生に依存している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose a protocol for realizing a Toffoli gate using neutral-atom qubits in optical tweezers. Two ground-state hyperfine levels of the atoms are considered as qubit states. Our method relies on the strong and long-range interactions between atoms due to Rydberg excitations and the occurrence of dark states in the target qubit, with both control and target qubits being individually addressed with laser pulses. Our gate protocol enables precise control over the quantum states of individual qubits, effectively suppressing undesirable transitions to ensure high-fidelity gate performance. The gate fidelity is estimated to be about $96\%$ for realistic system parameters. We further demonstrate a C$^\text{n}$NOT gate with $n >2$ by exploiting the Rydberg antiblockade mechanism, which allows multiple atoms within the blockade radius to be simultaneously excited to the Rydberg states. Thus, our approach may open a promising route to multi-qubit controlled operations for quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 光ツイーザにおける中性原子量子ビットを用いたトフォリゲートの実現プロトコルを提案する。 原子の2つの基底状態超微粒子レベルは、クビット状態と見なされる。 提案手法は,Rydberg励起による原子間の強い長距離相互作用とターゲット量子ビットにおける暗黒状態の発生に依存し,制御とターゲット量子ビットの両方をレーザーパルスで個別に処理する。 ゲートプロトコルにより、個々の量子ビットの量子状態の正確な制御が可能となり、望ましくない遷移を効果的に抑制し、高忠実度ゲート性能を確保することができる。 ゲートの忠実度は、現実的なシステムパラメータに対して約9,6\%と見積もられている。 さらに、封鎖半径内の複数の原子を同時にリドベルク状態に励起するライドベルク反遮断機構を利用して、$n > 2$のC$^\text{n}$NOTゲートを実証する。 したがって,本手法は量子計算のための多ビット制御演算への有望な経路を開くことができる。

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