論文の概要: Three-qubit encoding in ytterbium-171 atoms for simulating 1+1D QCD
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.18426v2
- Date: Mon, 28 Jul 2025 01:32:06 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-29 12:09:50.62802
- Title: Three-qubit encoding in ytterbium-171 atoms for simulating 1+1D QCD
- Title（参考訳）: 1+1DQCDシミュレーションのためのイッテルビウム-171原子の3量子符号化
- Authors: William Huie, Cianan Conefrey-Shinozaki, Zhubing Jia, Patrick Draper, Jacob P. Covey,
- Abstract要約: 我々は中性原子量子プロセッサの個々のイッテルビウム-171原子中に3つの量子ビットを符号化する。
2つの原子が真空持続振動と弦破壊の両方をシミュレートするのに十分であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Simulating nuclear matter described by quantum chromodynamics using quantum computers is notoriously inefficient because of the assortment of quark degrees of freedom such as matter/antimatter, flavor, color, and spin. Here, we propose to address this resource efficiency challenge by encoding three qubits within individual ytterbium-171 atoms of a neutral atom quantum processor. The three qubits are encoded in three distinct sectors: an electronic "clock" transition, the spin-1/2 nucleus, and the lowest two motional states in one radial direction of the harmonic trapping potential. We develop a family of composite sideband pulses and demonstrate a universal gate set and readout protocol for this three-qubit system. We then apply it to single-flavor quantum chromodynamics in 1+1D axial gauge for which the three qubits directly represent the occupancy of quarks in the three colors. We show that two atoms are sufficient to simulate both vacuum persistence oscillations and string breaking. We consider resource requirements and connections to error detection/correction. Our work is a step towards resource-efficient digital simulation of nuclear matter and opens new opportunities for versatile qubit encoding in neutral atom quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータを用いて量子色力学によって記述された核物質をシミュレーションすることは、物質/反物質、風味、色、スピンといったクォークの自由度によって非効率であることが知られている。
本稿では、中性原子量子プロセッサの個々のイッテルビウム-171原子に3つの量子ビットを符号化することで、この資源効率の課題を解決することを提案する。
3つの量子ビットは、電子的な「時計」遷移、スピン-1/2核、ハーモニックトラップ電位の1つの半径方向における最低2つの運動状態の3つの異なる領域に符号化されている。
我々は、複合側バンドパルス群を開発し、この3ビットシステムのための共通ゲートセットおよび読み出しプロトコルを実証する。
次に、3つの量子ビットが3つの色のクォークの占有率を直接表す1+1D軸ゲージの単色量子色力学に適用する。
2つの原子が真空持続振動と弦破壊の両方をシミュレートするのに十分であることを示す。
リソース要件とエラー検出/訂正への接続について検討する。
我々の研究は、核物質の資源効率のよいデジタルシミュレーションへの一歩であり、中性原子量子プロセッサにおける多目的量子ビット符号化の新しい機会を開く。
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