論文の概要: Yttrium ion as a platform for quantum information processing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.16274v1
- Date: Fri, 17 Apr 2026 17:33:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-20 22:00:20.030499
- Title: Yttrium ion as a platform for quantum information processing
- Title（参考訳）: 量子情報処理プラットフォームとしてのイットリウムイオン
- Authors: Christopher N. Gilbreth, Dmytro Filin, Marianna S. Safronova, Guanming Lao, Eric R. Hudson,
- Abstract要約: 我々は、基底状態多様体が核スピン量子ビットを持つ2価電子イオンである単イオン化イットリウム(89mathrmY+$)を研究する。
これらの結果は、電界不感な核スピンまたはクロック量子ビットストレージとスペクトル的に孤立した操作遷移を組み合わせた、ユニークな次世代イオン量子ビットとして、89mathrmY+$と位置づけられている。
- 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: Engineering large-scale quantum computers which simultaneously provide high-fidelity quantum operations, low memory errors, low crosstalk, and reasonable resource usage remains an outstanding challenge across quantum computing platforms. In trapped ions, progress has largely focused on alkaline-earth and ytterbium ions, whose simple electronic structures facilitate control over their internal state. Here we investigate singly-ionized yttrium ($^{89}\mathrm{Y}^+$), a two-valence-electron ion whose ground-state manifold hosts a nuclear-spin qubit and which also features a variety of low-lying metastable manifolds, for applications in quantum information processing. Because experimental data are limited, we perform high-resolution laser-induced fluorescence spectroscopy to measure the hyperfine structure of several low-lying levels, and carry out comprehensive electronic structure calculations to determine lifetimes, transition matrix elements, and hyperfine coefficients for manifolds addressable with visible, near-visible, or infrared wavelengths. Using these results, we analyze schemes for qubit storage, initialization, readout, leakage mitigation, and single- and two-qubit gates. These results position $^{89}\mathrm{Y}^+$ as a uniquely capable next-generation trapped-ion qubit, combining field-insensitive nuclear-spin or clock-qubit storage with spectrally isolated transitions for operations.
- Abstract（参考訳）: 高忠実な量子演算、低メモリエラー、低クロストーク、合理的なリソース使用を同時に提供する大規模な量子コンピュータは、量子コンピューティングプラットフォームにおいて大きな課題である。
閉じ込められたイオンでは、進行は主にアルカリ-アースとイッテルビウムイオンに焦点が当てられ、その単純な電子構造は内部状態の制御を促進する。
ここでは、量子情報処理への応用のために、基底状態多様体が核スピン量子ビットをホストし、様々な低階準安定多様体を特徴とする2価電子イオン(^{89}\mathrm{Y}^+$)を単独イオン化イットリウム(^{89}\mathrm{Y}^+$)について検討する。
実験データに制限があるため、高分解能レーザー誘起蛍光分光法を用いて、いくつかの低線レベルの超微細構造を測定し、可視、近可視、赤外波長で対応可能な多様体の寿命、遷移行列要素、超微細係数を決定するための包括的な電子構造計算を行う。
これらの結果を用いて、キュービットストレージ、初期化、読み出し、リーク緩和、単一および2キュービットゲートのスキームを解析する。
これらの結果により、$^{89}\mathrm{Y}^+$は、電界不感な核スピンまたはクロック量子ビットストレージとスペクトル的に孤立した操作遷移を組み合わせた、ユニークな次世代のトラップイオン量子ビットとして位置づけられる。
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