論文の概要: Fast collisional $\sqrt{\mathrm{SWAP}}$ gate for fermionic atoms in an optical superlattice
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.22569v1
- Date: Sat, 27 Dec 2025 11:58:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.116992
- Title: Fast collisional $\sqrt{\mathrm{SWAP}}$ gate for fermionic atoms in an optical superlattice
- Title（参考訳）: 光超格子中のフェルミオン原子に対する高速衝突$\sqrt{\mathrm{SWAP}}$ゲート
- Authors: Rafi Weill, Jonathan Nemirovsky, Yoav Sagi,
- Abstract要約: 光学超格子の衝突ゲートは近年、記録的な忠実さを達成しているが、その動作時間は通常トンネルによって制限されている。
ここでは、光学超格子中の2つのフェルミオン原子に対する高速な$sqrtmathrmSWAP$ゲートの代替経路を提案し、解析する。
この結果から,超格子における高速で衝突を媒介するエンタングリングゲートを,スケーラブルな中原子量子計算のための有望なビルディングブロックとして確立した。
- 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: Collisional gates in optical superlattices have recently achieved record fidelities, but their operation times are typically limited by tunneling. Here we propose and analyze an alternative route to a fast $\sqrt{\mathrm{SWAP}}$ gate for two fermionic atoms in an optical superlattice based on optimized, time-dependent control of the short and long lattice depths. The gate is implemented by transiently releasing the atoms into a quasi-harmonic confinement centered between the two sites. With an appropriately chosen contact interaction strength, a controlled collision accumulates the exchange phase required for $\sqrt{\mathrm{SWAP}}$ and generates entanglement. We employ a continuum, time-dependent Schrödinger-equation simulation that goes beyond a two-site Fermi--Hubbard description and benchmark it against experimentally implemented tunneling-based protocols, reproducing the observed single-particle tunneling and spin-exchange dynamics. For experimentally accessible lattice depths, we find that the proposed gate operates in $\sim 21\,μ\mathrm{s}$, more than an order of magnitude faster than tunneling-based implementations, while achieving fidelities $\gtrsim 99\%$. We further analyze sensitivity to lattice-depth variations and show that a composite sequence improves robustness. Our results establish fast, collision-mediated entangling gates in superlattices as a promising building block for scalable neutral-atom quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 光学超格子の衝突ゲートは近年、記録的な忠実さを達成しているが、その動作時間は通常トンネルによって制限されている。
ここでは,光学超格子における2つのフェルミオン原子に対する高速な$\sqrt{\mathrm{SWAP}}$ゲートへの代替経路を提案し,解析する。
ゲートは、原子を2つの部位の間を中心とする準ハーモニックな閉じ込めに過渡的に放出することによって実装される。
適切に選択された接触相互作用強度により、制御された衝突は$\sqrt{\mathrm{SWAP}}$に必要な交換相を蓄積し、絡み合いを生成する。
連続的な時間依存シュレーディンガー方程式を用いて、2つのFermi--Hubbard記述を超越し、実験的に実装されたトンネルベースのプロトコルに対してベンチマークを行い、観測された単一粒子トンネルとスピン交換ダイナミクスを再現する。
実験的にアクセス可能な格子深度について、提案したゲートは$\sim 21\,μ\mathrm{s}$で、トンネルベースの実装よりも桁違いに高速であり、フィデリティは$\gtrsim 99\%$である。
さらに格子深度変化に対する感度を解析し、複合配列が堅牢性を向上させることを示す。
この結果から,超格子における高速で衝突を媒介するエンタングリングゲートを,スケーラブルな中原子量子計算のための有望なビルディングブロックとして確立した。
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