論文の概要: Toolchain for shuttling trapped-ion qubits in segmented traps

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.08495v1
• Date: Tue, 13 Jan 2026 12:29:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-14 18:27:19.192895
• Title: Toolchain for shuttling trapped-ion qubits in segmented traps
• Title（参考訳）: セグメンテッドトラップにおけるトラップイオン量子ビットのシャットリングツールチェーン
• Authors: Andreas Conta, Santiago Bogino, Frodo Köhncke, Ferdinand Schmidt-Kaler, Ulrich Poschinger,
• Abstract要約: 高周波トラップにおける高速かつ低励起イオン遮断を可能にする時間依存電圧発生のための数値ツールチェーンを提案する。 トラップ電極形状のモデルに基づいて、このフレームワークは静電場解決器、効率的な非拘束最適化、波形後処理、イオン運動の動的シミュレーションを組み合わせる。 本稿では、その数値安定性を調査し、測定および予測された世俗周波数を比較することにより、フレームワークの精度を詳細に評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 25.72679758631584
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Scalable trapped-ion quantum computing requires fast and reliable transport of ions through complex, segmented radiofrequency trap architectures without inducing excessive motional excitation. We present a numerical toolchain for the systematic generation of time-dependent electrode voltages enabling fast, low-excitation ion shuttling in segmented radiofrequency traps. Based on a model of the trap electrode geometry, the framework combines an electrostatic field solver, efficient unconstrained optimization, waveform postprocessing, and dynamical simulations of ion motion to compute voltage waveforms that realize prescribed transport trajectories while respecting experimental constraints such as voltage limits and bandwidth. The toolchain supports arbitrary trap geometries, including junctions and multi-zone layouts, and allows for the flexible incorporation of optimization objectives. We provide a detailed assessment of the accuracy of the framework by investigating its numerical stability and by comparing measured and predicted secular frequencies. The framework is optimized for numerical performance, enabling rapid numerical prototyping of trap architectures of increasing complexity. As application examples, we apply the framework to the transport of a potential well along a linear, uniformly segmented trap, and we compute a solution for shuttling a potential well around the corner of an X-type trap junction. The presented approach provides an extensible and highly efficient numerical foundation for designing and validating transport protocols in current and next-generation trapped-ion processors.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルな閉じ込められたイオン量子コンピューティングは、過度の運動励起を引き起こすことなく、複雑なセグメント化された電波トラップアーキテクチャを通してイオンの高速かつ信頼性の高い輸送を必要とする。 本稿では,時間依存電極電圧の系統的生成のための数値ツールチェーンを提案する。 トラップ電極形状のモデルに基づいて、電圧制限や帯域幅などの実験的制約を尊重しつつ、所定の輸送軌跡を実現する電圧波形を演算するために、静電場解決器、効率的な非拘束最適化、波形後処理、およびイオン運動の動的シミュレーションを組み合わせる。 ツールチェーンは、ジャンクションやマルチゾーンレイアウトを含む任意のトラップジオメトリをサポートし、最適化目的を柔軟に組み込むことができる。 本稿では、その数値安定性を調査し、測定および予測された世俗周波数を比較することにより、フレームワークの精度を詳細に評価する。 このフレームワークは数値性能に最適化されており、複雑化するトラップアーキテクチャの高速な数値プロトタイピングを可能にする。 応用例として, このフレームワークを線形にセグメント化されたトラップに沿って電位井戸の輸送に適用し, X型トラップ接合の角付近で電位井戸を閉鎖する解を求める。 提案手法は,現行および次世代のトラップイオンプロセッサにおけるトランスポートプロトコルの設計と検証のための,拡張性と高効率な数値基盤を提供する。

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