論文の概要: Robust Control and Entanglement of Qudits in Neutral Atom Arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.16294v1
- Date: Fri, 22 Aug 2025 10:56:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-25 16:42:36.362862
- Title: Robust Control and Entanglement of Qudits in Neutral Atom Arrays
- Title（参考訳）: 中性原子配列におけるクイディットのロバスト制御と絡み合い
- Authors: Amir Burshtein, Shachar Fraenkel, Moshe Goldstein, Ran Finkelstein,
- Abstract要約: 量子デバイスは、2つの安定なレベル(いわゆるクイディット)を持つ基本成分から成り、アクセス可能なヒルベルト空間を豊かにする。
マルチキューディット制御の実験的実証は、中性原子配列においてこれまで行われていない。
複数の遷移周波数の同時駆動による単一量子ゲートの効率的な実装を見つける。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum devices comprised of elementary components with more than two stable levels - so-called qudits - enrich the accessible Hilbert space, enabling applications ranging from fault-tolerant quantum computing to simulating complex many-body models. While several quantum platforms are built from local elements that are equipped with a rich spectrum of stable energy levels, schemes for the efficient control and entanglement of qudits are scarce. Importantly, no experimental demonstration of multi-qudit control has been achieved to date in neutral atom arrays. Here, we propose a general scheme for controlling and entangling qudits and perform a full analysis for the case of qutrits, encoded in ground and metastable states of alkaline earth atoms. We find an efficient implementation of single-qudit gates via the simultaneous driving of multiple transition frequencies. For entangling operations, we provide a concrete and intuitive recipe for the controlled-Z (CZ) gate for any local dimension d, realized through alternating single qudit and entangling pulses that simultaneously drive up to two Rydberg transitions. We further prove that two simultaneous Rydberg tones are, in general, the minimum necessary for implementing the CZ gate with a global drive. The pulses we use are optimally-controlled, smooth, and robust to realistic experimental imperfections, as we demonstrate using extensive noise simulations. This amounts to a minimal, resource-efficient, and practical protocol for realizing a universal set of gates. Our scheme for the native control of qudits in a neutral atom array provides a high-fidelity route toward qudit-based quantum computation, ready for implementation on near-term devices.
- Abstract（参考訳）: 量子デバイスは、2つの安定なレベル(いわゆるクイディット)を持つ基本的コンポーネントで構成され、ヒルベルト空間を豊かにし、フォールトトレラント量子コンピューティングから複雑な多体モデルへの応用を可能にする。
いくつかの量子プラットフォームは、安定したエネルギーレベルの豊富なスペクトルを持つ局所的な要素から構築されているが、クイディットの効率的な制御と絡み合いのスキームは乏しい。
重要なことに、中性原子配列における多重量子制御の実験的な実証は行われていない。
そこで本研究では,アルカリ土類原子の地中および準安定状態に符号化された石英の場合には,石英を制御・絡み合わせるための一般的なスキームを提案し,完全な解析を行う。
複数の遷移周波数の同時駆動による単一量子ゲートの効率的な実装を見つける。
エンタングリング操作では、任意の局所次元 d に対して制御-Z (CZ) ゲートの具体的かつ直感的なレシピを提供する。
さらに、2つの同時進行Rydberg音は、一般に、グローバルドライブでCZゲートを実装するのに必要な最小限の音であることを示す。
私たちが使用するパルスは、広範囲なノイズシミュレーションを用いて示すように、最適に制御され、滑らかで、現実的な実験の不完全性に対して頑健である。
これは、普遍的なゲートセットを実現するための最小限のリソース効率で実用的なプロトコルである。
中性原子配列におけるクォーディットのネイティブ制御のための提案手法は、近距離デバイスに実装可能なキューディットベースの量子計算への高忠実な経路を提供する。
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