論文の概要: Noise-Robust Ultrafast Entanglement Generation in Rydberg Atoms via Quantum Optimal Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.12361v2
• Date: Tue, 21 Apr 2026 16:45:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-22 14:04:47.610315
• Title: Noise-Robust Ultrafast Entanglement Generation in Rydberg Atoms via Quantum Optimal Control
• Title（参考訳）: 量子最適制御によるRydberg原子のノイズローバスト超高速絡み合い発生
• Authors: Tanveer Ahmad,
• Abstract要約: 本稿では,2つのRydberg-blockaded原子間の超高速絡み合い生成の理論解析について述べる。 白、ピンク、オルンシュタイン-ウレンベックスペクトルの振幅および位相雑音に対するベル状態の忠実度感受性を評価した。
• 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: We present a comprehensive theoretical analysis of ultrafast entanglement generation between two Rydberg-blockaded atoms, explicitly accounting for realistic laser noise. Using femtosecond Gaussian pulses as a baseline, we systematically evaluate Bell-state fidelity sensitivity to amplitude and phase noise across white, pink (1/f), and Ornstein-Uhlenbeck spectra using Monte Carlo ensemble simulations. Our results show that amplitude noise is well tolerated, with fidelities above 90% even at 30% noise levels, while phase noise is the primary limiting factor, causing fidelity to drop rapidly beyond about 1% noise amplitude. The spectral structure of the noise is also important: pink noise consistently causes less fidelity loss than white noise of the same amplitude. By applying quantum optimal control theory (QOCT) with the D-MORPH algorithm under multiple equality constraints, we obtain a double-pulse structure with a spectral notch that achieves approximately 99% fidelity in the noise-free case and maintains high fidelity under moderate amplitude noise. A breakdown threshold near 1% amplitude noise is identified, beyond which even optimized pulses cannot sustain coherent control. These results offer practical benchmarks for the development of ultrafast neutral-atom quantum processors operating in the femtosecond regime.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、2つのRydberg-Baded原子間の超高速絡み合い発生の包括的理論的解析を行い、現実的なレーザーノイズを明示的に考慮する。 フェムト秒ガウスパルスをベースラインとして,モンテカルロアンサンブルシミュレーションを用いて,白色,ピンク (1/f) およびオルンシュタイン-ウレンベックスペクトルの振幅および位相雑音に対するベル状態忠実度感度を系統的に評価した。 その結果, 振幅雑音は30%の雑音レベルにおいても90%以上の忠実度で許容され, 位相雑音が主な制限要因であり, 約1%の雑音振幅を超える忠実度が急速に低下することが示唆された。 ピンクノイズは、同じ振幅の白色ノイズよりも常に忠実度損失を減少させる。 量子最適制御理論(QOCT)とD-MORPHアルゴリズムを多重等式制約で適用することにより、雑音のない場合の約99%の忠実性を達成し、中等振幅雑音下で高い忠実性を維持するスペクトルノッチを持つ二重パルス構造を得る。 1%の振幅雑音に近い破壊しきい値が同定され、最適化されたパルスでさえコヒーレント制御を維持できない。 これらの結果は、フェムト秒系で動作する超高速中原子量子プロセッサの開発のための実用的なベンチマークを提供する。

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