論文の概要: A Dual Metastable-State Encoding Architecture for Quantum Processing with $^{171}\mathrm{Yb}$ Atom Arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.08453v1
• Date: Sun, 07 Jun 2026 04:55:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-09 14:42:06.116058
• Title: A Dual Metastable-State Encoding Architecture for Quantum Processing with $^{171}\mathrm{Yb}$ Atom Arrays
• Title（参考訳）: a Dual Metastable-State Encoding Architecture for Quantum Processing with $^{171}\mathrm{Yb}$ Atom Arrays
• Authors: Chun-Wei Liu, Saiwei Nie, Eesha Banerjee, Micah Davidson, Nick Reynolds, Alyssa L. Miller, Alex P. Burgers,
• Abstract要約: 中性原子配列はスケーラブルな量子ビットレジスタ、長いコヒーレンス時間、フレキシブルな光制御、強いライドバーグによる絡み合い相互作用を組み合わせたものである。 フォールトトレラントな量子誤差補正(QEC)は、繰り返しの中間回路の測定とアンシラ量子ビットのリセットを必要とする。 2つの独立量子ビット部分空間を利用する171mathrmYb$原子の双対準安定状態量子ビット符号化を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.395322322502338
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Neutral-atom arrays combine scalable qubit registers, long coherence times, flexible optical control, and strong Rydberg-mediated entangling interactions, making them a promising platform for quantum information processing. However, physical error rates remain a challenge, and fault-tolerant quantum error correction (QEC) requires repeated mid-circuit measurement and reset of ancilla qubits without disturbing nearby data qubits. This requirement introduces significant control and architectural overhead, making qubit encoding an important architectural decision. Here, we propose a dual metastable-state qubit encoding for $^{171}\mathrm{Yb}$ atoms that utilizes two independent qubit subspaces in the $(6s6p)\,{}^3\mathrm{P}_0$ and $(6s6p)\,{}^3\mathrm{P}_2$ manifolds. The ${}^3\mathrm{P}_0$ manifold provides a long-coherence nuclear-spin (NS) qubit suitable for storage and arithmetic operations, while the ${}^3\mathrm{P}_2$ manifold provides a hyperfine-spin (HF) qubit, with $Δ_{\mathrm{HF}} = 2π\times 6.7~\mathrm{GHz}$, that enables fast Raman operations and direct state-selective imaging. Coherent shelving between the two metastable manifolds connects the qubit subspaces, allowing operations to be assigned to spectrally distinct processor zones. We simulate single-qubit and two-qubit gate fidelities in ${}^3\mathrm{P}_2$, as well as coherent shelving between the HF and NS qubit subspaces. We incorporate these physical-level estimates into an architectural resource estimation and logical-level simulation. Our approach integrates mid-circuit measurements and fast qubit operations within a single-species platform, providing a versatile framework for future fault-tolerant quantum computing with neutral-atom qubits.
• Abstract（参考訳）: 中性原子配列はスケーラブルな量子ビットレジスタ、長いコヒーレンス時間、フレキシブルな光制御、強いライドバーグによるエンタングリング相互作用を組み合わせ、量子情報処理のための有望なプラットフォームとなる。 しかし、物理誤差率は依然として課題であり、フォールトトレラントな量子誤差補正(QEC)では、近傍のデータ量子ビットを乱すことなく、繰り返しの中間回路の測定とアンシラ量子ビットのリセットが必要となる。 この要件は、重要な制御とアーキテクチャ上のオーバーヘッドを導入し、qubitエンコーディングが重要なアーキテクチャ上の決定となる。 ここでは、$(6s6p)\,{}^3\mathrm{P}_0$ と $(6s6p)\,{}^3\mathrm{P}_2$ の2つの独立なキュービット部分空間を利用する$^{171}\mathrm{Yb}$ の双対準安定量子符号化を提案する。 {}^3\mathrm{P}_0$多様体は保存と算術演算に適した長いコヒーレンス核スピン(NS)量子ビットを提供し、{}^3\mathrm{P}_2$多様体は超微細スピン(HF)量子ビットを提供し、$Δ_{\mathrm{HF}} = 2π\times 6.7~\mathrm{GHz}$はラマン演算と直接状態選択的イメージングを可能にする。 2つの準安定多様体間のコヒーレントシェルビングは、キュービット部分空間を接続し、演算をスペクトル的に異なるプロセッサゾーンに割り当てることを可能にする。 我々は、HF と NS の量子ビット部分空間間のコヒーレントシェルヴィングと同様に、${}^3\mathrm{P}_2$ の単一量子ビットと2量子ビットゲートの忠実度をシミュレートする。 これらの物理レベル推定をアーキテクチャ資源推定と論理レベルシミュレーションに組み込む。 提案手法は,単一種群における中間回路計測と高速キュービット演算を統合し,中性原子量子ビットを用いた将来のフォールトトレラント量子コンピューティングのための汎用的なフレームワークを提供する。

関連論文リスト

• Amplitude Encoding of Slater-Type Orbitals via Matrix Product States: Efficient State Preparation and Integral Evaluation on Quantum Hardware [0.0]
  スレーター型軌道(STO)は、原子波動関数の物理的に正しい記述を提供する。 本稿では,行列積状態(MPS)を用いた量子コンピュータ上でのSTOの振幅符号化に関する体系的研究を行う。
  論文  参考訳（メタデータ） (2026-04-29T05:51:12Z)
• Cache Hierarchy and Vectorization Analysis of Lindblad Master Equation Simulation for Near-Term Quantum Control [0.0]
  リンドブラッドマスター方程式による開量子システムのシミュレーションは、短期量子制御における計算ボトルネックである。 我々は,現在のCPUのL1,L2,L3キャッシュ境界にまたがるシステムを開発した。 We show that SoA layout with -O3 -march=native -ffast-math yields $2$--$4times$ speedup over scalar array-of-structures baselines。
  論文  参考訳（メタデータ） (2026-03-17T21:53:31Z)
• A Scalable Distributed Quantum Optimization Framework via Factor Graph Paradigm [46.08923284345648]
  分散量子最適化のための構造認識フレームワークを提案する。 検索スペースが$N$の場合、我々のフレームワークはプロセッサやセパレータに依存した要素に対して$O(sqrtN)$クエリ複雑性を達成する。 構造を考慮した分解は、量子ネットワーク上でのスケーラブルな分散量子最適化に実践的な道をもたらすことを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2026-03-08T15:15:52Z)
• FFT-Accelerated Auxiliary Variable MCMC for Fermionic Lattice Models: A Determinant-Free Approach with $O(N\log N)$ Complexity [52.3171766248012]
  量子多体系のシミュレーションを劇的に高速化するマルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)アルゴリズムを導入する。 我々は,量子物理学のベンチマーク問題に対するアルゴリズムの有効性を検証し,既知の理論結果を正確に再現する。 我々の研究は、大規模確率的推論のための強力なツールを提供し、物理学に着想を得た生成モデルのための道を開く。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-10-13T07:57:21Z)
• In-situ mid-circuit qubit measurement and reset in a single-species trapped-ion quantum computing system [34.82692226532414]
  我々は,トラップイオン量子コンピューティングシステム上でのMCMR(In-situ Mid-circuit Measurement and Reset)演算を実装した。 測定されたキュービットからデータキュービットを分離する2つの方法を紹介し比較する。 2つの171textrmYb+$イオンの結晶上で、両手法を実験的に実証した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-04-17T00:10:35Z)
• Coherent Control of the Fine-Structure Qubit in a Single Alkaline-Earth Atom [0.7033719572603241]
  キュービット状態のラマンカップリングは、高速なライドバーグ媒介の2体ゲートと同等の高速な単一量子ビット回転を約束する。 我々は、キュービットの準備、読み出し、コヒーレントな制御を実証する。 我々の研究は、中性原子ベースの量子コンピューティングのための未探索の量子ビット符号化概念の扉を開く。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-01-19T13:22:27Z)
• Towards large-scale quantum optimization solvers with few qubits [59.63282173947468]
  我々は、$m=mathcalO(nk)$バイナリ変数を$n$ qubitsだけを使って最適化するために、$k>1$で可変量子ソルバを導入する。 我々は,特定の量子ビット効率の符号化が,バレン高原の超ポリノミウム緩和を内蔵特徴としてもたらすことを解析的に証明した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-01-17T18:59:38Z)
• Halving the cost of quantum multiplexed rotations [0.0]
  我々は、$c$制御を持つ多重量子ゲートの$b$-bit近似に必要な$T$ゲートの数を改善する。 以上の結果から,2要素あるいはテンソルハイパーコントラクション表現の量子化に基づく最先端電子構造シミュレーションのコストを約半分に抑えることができた。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-10-26T06:49:44Z)
• Realization of arbitrary doubly-controlled quantum phase gates [62.997667081978825]
  本稿では,最適化問題における短期量子優位性の提案に着想を得た高忠実度ゲートセットを提案する。 3つのトランペット四重項のコヒーレントな多レベル制御を編成することにより、自然な3量子ビット計算ベースで作用する決定論的連続角量子位相ゲートの族を合成する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-08-03T17:49:09Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。