論文の概要: Blueprint for a fault-tolerant compound photon-atom quantum architecture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.30385v1
- Date: Mon, 29 Jun 2026 14:40:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-30 18:07:16.285451
- Title: Blueprint for a fault-tolerant compound photon-atom quantum architecture
- Title（参考訳）: フォールトトレラント化合物光子-原子量子構造のためのブループリント
- Abstract要約: 本稿では、共振器QEDを用いて近決定論的エンタングリング演算を実現する複合フォトニック原子量子コンピューティングプラットフォームを提案する。
光子は、測定ベースの量子コンピューティングを通じて長距離接続とスケーラビリティを提供する。
我々は、原子再利用によって、効果的に非制限接続とオーバーヘッドを低減した大規模クラスタ状態がいかにして生成されるかを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 26.831715552066694
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Fault-tolerant quantum computing requires architectures that simultaneously address scalability, connectivity, and error correction under realistic noise constraints. We present a compound photonic-atomic quantum computing platform that uses cavity QED to realize near-deterministic entangling operations between flying photonic qubits and stationary atomic qubits. Photons provide long-range connectivity and scalability via measurement-based quantum computing (MBQC), while atoms supply reusable, near-deterministic resources for photon generation and entanglement, overcoming the inefficiency of purely photonic platforms. The core primitive is a symmetrized Duan-Kimble photon-atom controlled-phase (CZ) gate, robust to experimental imperfections and high-fidelity. Using single $^{87}$Rb atoms coupled to optical cavities, we give protocols for state preparation, measurement, photon generation, and entangling gates on tens-of-nanosecond timescales, and show how large-scale cluster states with effectively unrestricted connectivity and reduced overhead can be generated through atomic reuse. We analyze fault tolerance on the Raussendorf-Harrington-Goyal (RHG) lattice with a hardware-aware noise model capturing asymmetric loss and correlated photonic-atomic errors. Logical memory simulations yield a photon-loss threshold near $2.6\%$ per physical gate ($\sim$15\% total per trajectory). The full Clifford set -- Hadamard, phase, CNOT -- is implementable transversally or fold-transversally at thresholds matching the identity channel, and we propose two non-Clifford resource-state routes (code teleportation and magic state cultivation) within the foliated cluster-state architecture.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラントな量子コンピューティングは、現実的なノイズ制約の下でスケーラビリティ、接続性、エラー訂正を同時に扱うアーキテクチャを必要とする。
本稿では,空洞QEDを用いて,空飛ぶフォトニック量子ビットと静止原子量子ビット間のほぼ決定論的エンタングリング操作を実現する複合フォトニック原子量子コンピューティングプラットフォームを提案する。
光子は測定ベースの量子コンピューティング(MBQC)を介して長距離接続とスケーラビリティを提供し、一方原子は光子生成と絡み合いのための再利用可能なほぼ決定論的資源を供給し、純粋なフォトニックプラットフォームの不効率を克服する。
コアプリミティブはシンメトリゼーションされたデュアン・キンブル光子-原子制御相(CZ)ゲートであり、実験上の不完全性と高忠実性に対して堅牢である。
光キャビティに結合した単一$^{87}$Rb原子を用いて、10ナノ秒の時間スケールで状態準備、測定、光子生成、エンタングリングゲートのプロトコルを与え、効果的に制限のない接続とオーバーヘッドを低減した大規模クラスタ状態が原子再利用によってどのように生成されるかを示す。
我々は,Rausendorf-Harrington-Goyal(RHG)格子上の耐故障性について,非対称損失と相関したフォトニック原子誤差を計測するハードウェア対応ノイズモデルを用いて解析した。
論理メモリシミュレーションでは、物理ゲート当たりの光子損失閾値が2.6 %(軌跡当たりのトータル15 %)近くになる。
完全なクリフォード・セット(アダマール、フェーズ、CNOT)は、アイデンティティ・チャネルと一致するしきい値でトランスバースまたは折り畳み可能であり、分離されたクラスタ・ステート・アーキテクチャ内の2つの非クリフォード・リソース・ステート・ルート(コード・テレポーテーションとマジック・ステート・カルチャー)を提案する。
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