論文の概要: Large-scale multimode entangling-gate synthesis in trapped-ion systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.27266v1
- Date: Thu, 25 Jun 2026 16:47:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-26 18:46:32.361483
- Title: Large-scale multimode entangling-gate synthesis in trapped-ion systems
- Title（参考訳）: トラップイオン系における大規模マルチモードエンタングリングゲート合成
- Abstract要約: トラップイオンシステムは、スケーラブルな量子情報処理のための主要なプラットフォームとして登場した。
トラップ中のイオンの数が増加するにつれて、多モードの絡み合いゲートの合成がますます困難になる。
ここでは,制御フィールドを探索するマルチトーンゲート合成のための数値解析フレームワークを開発する。
これらの結果から,大規模トラップイオン量子プロセッサにおいて,マルチモードゲートをプログラマブルな相互作用工学への有効な経路として同定した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.08581888892391
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Trapped-ion systems have emerged as a leading platform for scalable quantum information processing owing to their high-fidelity operations and long-range entangling capabilities. As the number of ions in a trap increases, the growing density of collective motional modes makes the synthesis of multimode entangling gates increasingly challenging. Designing large-scale gates requires simultaneously realizing the desired spin-spin interactions, suppressing residual spin-motion entanglement, and limiting experimental control resources, leading to a high-dimensional non-convex optimization problem. Here we develop a numerical framework for multi-tone gate synthesis that directly searches for control fields satisfying these competing requirements. By employing an alternating-minimization strategy, the framework improves numerical stability and remains effective for large systems with many motional modes and target interactions. As representative demonstrations, we synthesize gates implementing all-to-all and nearest-neighbor interaction patterns in ion chains of up to N = 1000, using only global laser control. Across the parameter regimes explored here, the control resources required to maintain high-fidelity interactions do not exhibit rapid growth with system size. We extend the framework to individual addressing using a structured qLDPC target at N = 512 as an example. These results identify multimode gate synthesis as a viable route toward programmable interaction engineering in large-scale trapped-ion quantum processors.
- Abstract（参考訳）: トラップドイオンシステムは、高忠実度演算と長距離エンタングリング能力のため、スケーラブルな量子情報処理のための主要なプラットフォームとして登場した。
トラップ中のイオンの数が増加するにつれて、集合運動モードの密度が増加すると、多モードエンタングゲートの合成がますます困難になる。
大規模ゲートの設計には、所望のスピン-スピン相互作用を同時に実現し、残りのスピン-モーションの絡み合いを抑え、実験的な制御資源を制限し、高次元の非凸最適化問題につながる。
ここでは、これらの競合する要求を満たす制御場を直接探索するマルチトーンゲート合成のための数値解析フレームワークを開発する。
交互最小化戦略を用いることで、このフレームワークは数値安定性を改善し、多くの運動モードとターゲット相互作用を持つ大規模システムに有効である。
代表例として,N=1000のイオン鎖における全-全-最近傍相互作用パターンを実装したゲートを,大域レーザー制御のみを用いて合成する。
ここでは,高忠実度相互作用を維持するために必要な制御資源は,システムサイズとともに急速に成長しない。
フレームワークをN = 512で構造化qLDPCターゲットを用いて個々のアドレッシングに拡張する。
これらの結果から,大規模トラップイオン量子プロセッサにおいて,マルチモードゲート合成をプログラマブルな相互作用工学への有効な経路として同定した。
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