論文の概要: Closed-loop control for two-qubit gates with trapped ions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.00462v1
- Date: Wed, 01 Jul 2026 05:32:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-02 19:56:07.73468
- Title: Closed-loop control for two-qubit gates with trapped ions
- Title（参考訳）: イオンを閉じ込めた2量子ゲートの閉ループ制御
- Abstract要約: 2ビットゲートの閉ループ制御を導入し,ゲート実装時に発生する乱を補正する。
線形ポールトラップ実装において、オブザーバイオンを組み込むことが可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: State-of-the-art two-qubit gates with trapped ions employ open-loop control that rely on simplified models to precompute control sequences. Our aim is to introduce closed-loop control for two-qubit gates to correct disturbances as they occur during the gate implementation. We introduce a spectator ion into the ion chain used for quantum logic processing, where it couples with the other ions through collective motional modes. The spectator ion's position is continuously monitored by driving dipole transitions and detecting the resultant fluorescence. We show that incorporating a spectator ion is feasible for linear Paul trap implementations and is expected to reduce the two-qubit gate Bell-state preparation infidelity by an order of magnitude with the deleterious effects of position monitoring being negligible compared to the thermal effects that exist in the system, even in the absence of the spectator ions. Mathematically, we describe driven ion-trap dynamics, including the spectator ion, by a stochastic quantum master equation involving the amplitude-modulation multimode-motional coupling gate, motional drift, thermal effects, recoil from photon scattering, spontaneous decay, and light shift. Our on-the-fly control method employs reinforcement learning with the reward function based on the actual geometric phase of the spectator ion. A key advantage of our approach is that we introduce a control method that involves `learning' and correcting disturbances happening in the trap on-the-fly, thus achieving high-fidelity gates. Our approach will lead to a significantly higher two-qubit gate fidelity at a reduced calibration overhead owing to the small parameter drift in the control system.
- Abstract（参考訳）: イオンを閉じ込めた最先端の2量子ゲートは、制御シーケンスをプリ計算するために単純化されたモデルに依存するオープンループ制御を採用している。
本研究の目的は,2ビットゲートの閉ループ制御を導入して,ゲート実装時に発生する乱を補正することである。
量子論理処理に使用されるイオン鎖に分光器イオンを導入し、集団運動モードを通じて他のイオンと結合する。
オブザーバイオンの位置は、双極子遷移を駆動し、その結果の蛍光を検出することによって継続的に監視される。
線形ポールトラップ実装において、オブザーバイオンを組み込むことは可能であり、オブザーバイオンが存在しない場合でも、システム内に存在する熱効果と比較して、位置監視の消耗効果が無視できるため、2ビットゲートベル状態の不忠実度を桁違いに低減することが期待できる。
数学的には、振幅変調多モード運動結合ゲート、運動ドリフト、熱効果、光子散乱の再コイル、自然崩壊、光シフトを含む確率的量子マスター方程式により、オブザータイオンを含む駆動イオントラップダイナミクスを記述する。
実測器イオンの幾何位相に基づく報奨関数を用いた強化学習をオンザフライ制御法で実現した。
提案手法の主な利点は、「学習」を伴う制御手法を導入し、トラップのオンザフライで発生する障害を補正し、高忠実度ゲートを実現することである。
制御系の小さなパラメータドリフトにより,キャリブレーションオーバーヘッドの低減により,2量子ゲートの忠実度が著しく向上する。
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