論文の概要: Experimental preparation of W states through many-body physics on a quantum simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.17974v1
- Date: Mon, 20 Oct 2025 18:00:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-25 03:08:12.434627
- Title: Experimental preparation of W states through many-body physics on a quantum simulator
- Title（参考訳）: 量子シミュレータを用いた多体物理によるW状態の実験的準備
- Authors: Alberto Giuseppe Catalano, Ceren Dağ, Gianpaolo Torre, Salvatore Marco Giampaolo, Fabio Franchini,
- Abstract要約: W$状態は、二部分と多部分の両方の絡み合いを持つ量子相関状態である。
トポロジカルリングフラストレーションを利用してこれらの状態を生成するプロトコルを提案する。
プログラム可能なRydberg原子アレイ上で、ルビジウム原子の多体$W$状態の生成に成功した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: $W$ states are quantum correlated states possessing both bipartite and multipartite entanglement, which makes them useful for several quantum algorithms. We propose a protocol to generate these states by exploiting {\it topological ring frustration}, and implement it on a programmable Rydberg atom array up to 11 qubits, successfully generating many-body $W$ states of Rubidium atoms. Numerical simulations show promising scaling of the algorithm to tens of qubits with near-term achievable updates on the quantum machines. To validate our state preparation protocol and probe quantum entanglement, we devise a fidelity estimator that requires only two sets of measurements. To implement it, we develop a novel and efficient Bayesian state-tomography approach that takes advantage of accurate classical numerical simulations to overcome limitations in the experimental setup. Hence, a lower bound fidelity of around $77\%$ is certified for the experimentally prepared state of 11 qubits. This work provides a state-of-the-art procedure to generate high-quality quantum entangled $W$ states, demonstrating once more how principles of physics can overcome traditional barriers of computation, and be exploited for quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: W$状態は二部分と多部分の両方の絡み合いを持つ量子相関状態であり、いくつかの量子アルゴリズムに有用である。
我々は,これらの状態を生成するためのプロトコルを提案し,プログラム可能なRydberg原子配列を11量子ビットまで実装し,ルビジウム原子の多体$W$状態の生成に成功した。
数値シミュレーションにより、量子マシンの短期的な更新が可能な数十量子ビットへのアルゴリズムの有望なスケーリングが示される。
状態準備プロトコルの検証と量子エンタングルメントの探索のために,2組の測定しか必要としない忠実度推定器を考案した。
そこで我々は, 実験装置の限界を克服するために, 高精度な古典的数値シミュレーションを生かした, 斬新で効率的なベイズ状態トモグラフィー手法を開発した。
したがって、実験的に準備された11量子ビットの状態に対して、約7.7 %の低いバウンド忠実度が認定される。
この研究は、高品質な量子絡み合った$W$状態を生成する最先端の手順を提供し、物理学の原理が従来の計算の障壁を克服し、量子優位のためにどのように活用できるかを再び示す。
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