論文の概要: Controlled-Z gates with giant atoms in structured waveguides
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.26345v1
- Date: Fri, 27 Mar 2026 12:09:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-30 21:49:48.488001
- Title: Controlled-Z gates with giant atoms in structured waveguides
- Title（参考訳）: 構造導波路における巨大原子を持つ制御Zゲート
- Authors: Walter Rieck, Ariadna Soro, Anton Frisk Kockum, Guangze Chen,
- Abstract要約: 構造導波路における巨大原子を用いた制御Z(CZ)ゲートの実装プロトコルを導入・解析する。
最小二点結合スキームはDFIをサポートするが、門の忠実度を著しく低下させる強いマルコフ効果を示す。
この構成は非マルコフ効果を抑え、CZゲートの忠実度を最大9.7%まで向上させる。
- 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: Giant atoms are quantum emitters coupled to waveguides at multiple, spatially separated points, enabling interference effects that fundamentally change their light-matter interactions. A notable consequence of the interference is the emergence of decoherence-free interaction (DFI), which allows coherent excitation exchange between giant atoms via the waveguide without radiative loss. Leveraging DFI offers a promising route to implementing two-qubit quantum gates without the need for additional resources, positioning giant atoms as a versatile platform for scalable universal quantum simulators. However, existing work has focused primarily on continuous, Markovian waveguides; in structured waveguides, where non-Markovian effects become significant, only iSWAP gates have been explored. To address this gap, we introduce and analyze a protocol for implementing controlled-Z (CZ) gates with giant atoms in structured waveguides. We first show that while a minimal two-point coupling scheme supports DFI, it also exhibits strong non-Markovian effects that substantially degrade gate fidelity. To overcome this limitation, we propose an extended design featuring a third coupling point. This configuration suppresses non-Markovian effects and enables CZ gates with fidelities up to $97.7\%$ (assuming typical values for experimental imperfections). Our results broaden the accessible gate set for giant atoms in structured waveguides to include both iSWAP and CZ gates, advancing these systems as a pathway toward universal quantum simulators operating in non-Markovian environments.
- Abstract（参考訳）: 巨大原子は、複数の空間的に分離された点において導波路に結合した量子放出体であり、干渉効果によって光-物質相互作用を根本的に変えることができる。
この干渉の顕著な結果としてデコヒーレンスフリー相互作用(DFI)が出現し、これは放射損失のない導波管を介して巨大原子間のコヒーレント励起交換を可能にする。
レバレッジDFIは、2量子ビットの量子ゲートを実装するための有望なルートを提供するが、追加のリソースを必要とせず、巨大原子をスケーラブルな普遍量子シミュレータのための汎用的なプラットフォームとして位置づける。
しかし、既存の研究は主に連続的なマルコフ導波路に焦点を当てており、非マルコフ効果が重要となる構造化導波路では、iSWAPゲートのみが探索されている。
このギャップに対処するために、構造化導波路に巨大な原子を持つ制御Z(CZ)ゲートを実装するプロトコルを導入・解析する。
最初に、最小二点結合スキームがDFIをサポートする一方で、門の忠実度を著しく低下させる強いマルコフ効果を示すことを示した。
この制限を克服するため,第3結合点を特徴とする拡張設計を提案する。
この構成は非マルコフ効果を抑え、CZゲートを9,7.7 %$(実験不完全性の典型的な値と仮定する)まで高めることができる。
その結果、構造導波路内の巨大原子がiSWAPとCZゲートの両方を含むようにアクセス可能なゲートセットを広げ、非マルコフ環境下で動作する普遍量子シミュレータへの経路としてこれらのシステムを進めた。
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