論文の概要: Efficient optical configurations for trapped-ion entangling gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05271v1
- Date: Fri, 05 Sep 2025 17:28:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.669366
- Title: Efficient optical configurations for trapped-ion entangling gates
- Title（参考訳）: 閉じ込められたイオンエンタングゲートの効率的な光学的構成
- Authors: Aditya Milind Kolhatkar, Karan K. Mehta,
- Abstract要約: トラップイオン量子ビットの統合光学アドレッシングは、小型システムで実証された高忠実度光制御をスケールするための経路を提供する。
我々は,光シフト(LS)およびモルマー・ソレンセン(MS)幾何位相ゲートの両方に必要なレーザパワーを,集積光学で実質的に有効にすることができることを示す。
- 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: High-fidelity and parallel realization in scalable platforms of the two-qubit entangling gates fundamental to universal quantum computing constitutes one of the largest challenges in implementing fault-tolerant quantum computation. Integrated optical addressing of trapped-ion qubits offers routes to scaling the high-fidelity optical control demonstrated to date in small systems. Here we show that in addition to scaling, capabilities practically enabled by integrated optics can substantially alleviate laser powers required for both light-shift (LS) and Molmer-Sorensen (MS) geometric phase gates acting on long-lived ground-state qubit encodings in a broad range of ion species. In the proposed gate schemes utilizing carrier nulling via ion positioning at phase-stable standing-wave (SW) nodes, our calculations suggest that suppressed spontaneous photon scattering at the SW node allows for gate drives operating at smaller Raman detunings, resulting in approximately an order-of-magnitude reduction in power requirement (and significantly larger in certain parameter regimes) for gates of a given duration and scattering-limited fidelity as compared to conventional running wave (RW)-based approaches. The SW schemes have the additional benefit of simultaneously eliminating undesired coherent couplings that typically limit gate speeds. Our work quantifies power requirements for multiple ion species and enhancements to be expected from carrier-nulled configurations practically enabled by integrated delivery, and informs experiments and systems for realization of fast and power-efficient laser-based entangling gates in scalable platforms.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの基本となる2量子エンタングゲートのスケーラブルなプラットフォームにおける高忠実性と並列化は、フォールトトレラントな量子計算を実装する上での最大の課題の1つである。
トラップイオン量子ビットの統合光学アドレッシングは、小型システムで実証された高忠実度光制御をスケールするための経路を提供する。
ここでは、スケーリングに加えて、集積光学で実現可能な機能により、幅広いイオン種の長寿命基底量子ビット符号化に作用する光シフト(LS)とモルマー・ソレンセン(MS)幾何学相ゲートの両方に必要なレーザーパワーを実質的に軽減できることを示す。
位相安定定常波(SW)ノードでのイオン配置によるキャリアヌル化を利用したゲートスキームでは、SWノードでの自発光子散乱の抑制により、より小さなラマンデタニングで動作するゲートドライブが実現し、従来のランニングウェーブ(RW)ベースのアプローチと比較して、所定期間のゲートに対する電力要求(および特定のパラメータレギュレーション)のオーダー・オブ・マグニチュード(およびかなり大きなパラメータレギュレーション)がほぼ減少することを示す。
SWスキームには、通常ゲート速度を制限する不必要なコヒーレント結合を同時に排除する利点がある。
本研究は,複数のイオン種に対する電力要求の定量化と,実運用で実現可能なキャリア無効化構成の強化を図り,スケーラブルなプラットフォームで高速かつ高効率なレーザアンタングゲートを実現するための実験・システムについて報告する。
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