論文の概要: Quantum logic operations and algorithms in a single 25-level atomic qudit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.15799v1
- Date: Mon, 21 Jul 2025 16:57:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-22 20:51:32.497195
- Title: Quantum logic operations and algorithms in a single 25-level atomic qudit
- Title（参考訳）: 単一25レベル原子quditにおける量子論理演算とアルゴリズム
- Authors: Pei Jiang Low, Nicholas C. F. Zutt, Gaurav A. Tathed, Crystal Senko,
- Abstract要約: 量子情報処理における137$Ba$+$イオンの使用について実験的に検討する。
我々は,3量子ベルンシュタイン・ヴァジラニアルゴリズムと4量子トフォリゲートを1つのイオンで実装し,高次元キューディット演算を実演する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Scaling quantum computers remains a substantial scientific and technological challenge. Leveraging the full range of intrinsic degrees of freedom in quantum systems offers a promising route towards enhanced algorithmic performance and hardware efficiency. We experimentally study the use of $^{137}$Ba$^+$ ions for quantum information processing, achieving high-fidelity state preparation and readout of up to 25 internal levels, thus forming a 25-dimensional qudit. By probing superpositions of up to 24 states, we investigate how errors scale with qudit dimension $d$ and identify the primary error sources affecting quantum coherence. Additionally, we demonstrate high-dimensional qudit operations by implementing a 3-qubit Bernstein-Vazirani algorithm and a 4-qubit Toffoli gate with a single ion. Our findings suggest that quantum computing architectures based on large-dimensional qudits hold significant promise.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータのスケーリングは、科学的、技術的に重要な課題である。
量子システムにおける本質的な自由度を最大限に活用することは、アルゴリズム性能とハードウェア効率を向上するための有望な道筋を提供する。
量子情報処理における$^{137}$Ba$^+$イオンの使用を実験的に検討し、最大25個の内部レベルの高忠実度状態の準備と読み出しを実現し、25次元のキューディットを形成する。
最大24状態の重ね合わせを探索することにより、qudit次元が$d$の誤差がどのようにスケールするかを調べ、量子コヒーレンスに影響を及ぼす主誤差源を特定する。
さらに, 3-qubit Bernstein-Vazirani アルゴリズムと4-qubit Toffoli ゲートを1つのイオンで実装することにより, 高次元のqudit演算を実演する。
この結果から, 量子コンピューティングアーキテクチャの大規模量子化は有望であることが示唆された。
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