論文の概要: Velocity-Enabled Quantum Computing with Neutral Atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.15561v1
• Date: Mon, 16 Mar 2026 17:24:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-17 18:28:58.689818
• Title: Velocity-Enabled Quantum Computing with Neutral Atoms
• Title（参考訳）: ニュートラル原子を用いた速度許容量子コンピューティング
• Authors: Ohad Lib, Hendrik Timme, Maximilian Ammenwerth, Flavien Gyger, Renhao Tao, Shijia Sun, Immanuel Bloch, Johannes Zeiher,
• Abstract要約: 我々は原子速度を量子誤り訂正に適した中性原子構造における新しい自由度として導入する。 グローバルビームのみを用いて連続的に動く原子の選択的操作を可能にすることにより、この速度対応アーキテクチャはハードウェアオーバーヘッドを低減させる。
• 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: Realizing error-corrected logical qubits is a central goal for the current development of digital quantum computers. Neutral atoms offer the opportunity to coherently shuttle atoms for realizing efficient quantum error correction based on long-range connectivity and parallel atom transport. Nevertheless, time overheads in shuttling atoms and complex control hardware pose challenges to scaling current architectures. Here, we introduce atom velocity as a new degree of freedom in neutral-atom architectures tailored to quantum error correction. Through controlled Doppler shifts, we demonstrate velocity-selective mid-circuit state preparation and measurement on moving atoms, leaving spectator atoms unaffected. Furthermore, we achieve on-the-fly local single-qubit rotations by mapping micron-scale atom displacements to the spatial phase of global control beams. Complementing these techniques with CZ entangling gates with a fidelity of 99.86(4)%, we experimentally implement key primitives for quantum error correction and measurement-based quantum computing. We generate an eight-qubit entangled cluster state with an average stabilizer value of 0.830(4), realize an [[4,2,2]] error-detection code with 99.0(3) % logical Bell-state fidelity, and perform stabilizer measurements using a flying ancilla. By enabling selective operations on continuously moving atoms using only global beams, this velocity-enabled architecture reduces hardware overhead while minimizing shuttling and transfer delays, opening a new pathway for fast, large-scale atom-based quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 誤り訂正論理量子ビットの実現は、現在のデジタル量子コンピュータ開発における中心的な目標である。 中性原子は、長距離接続と平行原子輸送に基づく効率的な量子エラー補正を実現するために、原子をコヒーレントにシャトルする機会を提供する。 それでも、原子のシャットリングと複雑な制御ハードウェアの時間オーバーヘッドは、現在のアーキテクチャのスケーリングに困難をもたらす。 ここでは,原子速度を量子誤差補正に適した中性原子構造における新しい自由度として導入する。 制御ドップラーシフトにより、速度選択型中間回路状態の調製と移動原子の測定を行い、観測器原子は影響を受けないようにした。 さらに, マイクロンスケールの原子変位を大域制御ビームの空間位相にマッピングすることにより, オンザフライでの局所1量子ビット回転を実現する。 これらの手法を99.86(4)%の忠実度を持つCZエンタングリングゲートで補完することにより、量子エラー補正と測定に基づく量子コンピューティングのための重要なプリミティブを実験的に実装する。 我々は,平均安定化値0.830(4)の8量子絡み合ったクラスタ状態を生成し,[4,2,2]の誤り検出符号を99.0(3)%の論理ベル状態忠実度で実現し,フライングアンシラを用いて安定化器測定を行う。 グローバルビームのみを用いた連続移動原子の選択的操作を可能にすることにより、この速度対応アーキテクチャは、シャットリングと転送遅延を最小化しながらハードウェアオーバーヘッドを低減し、高速で大規模な原子ベースの量子計算のための新しい経路を開く。

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