論文の概要: Controlled-SWAP gates by tuning of interfering transition pathways in neutral atom arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.22214v1
• Date: Thu, 27 Nov 2025 08:34:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-01 19:47:55.459183
• Title: Controlled-SWAP gates by tuning of interfering transition pathways in neutral atom arrays
• Title（参考訳）: 中性原子配列における干渉遷移経路のチューニングによる制御SWAPゲート
• Authors: Mohammadsadegh Khazali, Klaus Mølmer,
• Abstract要約: 干渉する遷移経路間の縮退性を持ち上げることにより、1つのリドバーグ励起原子が対の原子間の状態交換を制御することができる。 99%以上の忠実度を有する直接制御SWAP動作を実現し,回路深さのオーダー・オブ・マグニチュード低減を実現した。 我々の研究は、高次状態検証プロトコル、職業依存シミュレーション、光学格子間の条件ルーティングを可能にするマルチキュービットゲートを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Neutral-atom quantum processors employ Rydberg blockade for multiqubit phase operations but lack similar native exchange and conditional exchange gates, which are essential primitives for state verification, fermionic and XY-model simulation, and efficient routing in large qubit arrays. We demonstrate that by lifting the degeneracy between interfering transition pathways, a single Rydberg-excited atom can control state exchange between pairs of atoms. Using this mechanism, we realize a direct controlled-SWAP (Fredkin) operation with more than 99\% fidelity and an order-of-magnitude reduction in circuit depth and reduced exposure to decay and decoherence of Rydberg state components compared with decomposed implementations. The mechanism operates robustly under Doppler broadening at ~150 $μ$K and realistic laser-intensity noise and extends naturally to an entire family of useful gates, including multi-control conditional exchanges (C$_k$-SWAP) and conditional multiplexed SWAP gates. By incorporating controlled exchange operations as native physical operations on neutral atoms, our work provides multiqubit gates that enable higher-order state-verification protocols, occupation-dependent simulations, and conditional routing across optical lattices.
• Abstract（参考訳）: ニュートラル原子量子プロセッサは、マルチキュービット位相演算にRydbergブロックを用いるが、状態検証、フェルミオンおよびXYモデルシミュレーション、および大きなキュービットアレイでの効率的なルーティングに不可欠なネイティブ交換と条件交換ゲートが欠如している。 我々は、干渉する遷移経路間の縮退性を持ち上げることで、一対の原子間の状態交換を制御することができることを示した。 この機構を用いて,回路深度が99 %以上の直接制御SWAP(Fredkin)演算を実現し,回路深度を減少させ,Rydberg 状態成分の劣化や脱コヒーレンスを低減させる。 この機構はドップラー幅を約150$μ$Kで拡張し、現実的なレーザー強度ノイズを発生させ、マルチコントロール条件交換(C$_k$-SWAP)や条件多重SWAPゲートを含む有用なゲート群全体に自然に拡張する。 制御された交換操作を中性原子上のネイティブな物理操作として組み込むことで、高次状態検証プロトコル、占有依存シミュレーション、光学格子間の条件ルーティングを可能にするマルチキュービットゲートを提供する。

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