論文の概要: Fault-tolerant quantum computation with static atomic buses

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.02804v1
• Date: Thu, 02 Jul 2026 22:34:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-07 22:26:29.424959
• Title: Fault-tolerant quantum computation with static atomic buses
• Title（参考訳）: 静的原子バスを用いたフォールトトレラント量子計算
• Authors: Matteo Bergonzoni, Laura Pecorari, Sam Norrell, Cody Poole, Guido Pupillo, Mark Saffman,
• Abstract要約: 効率的な量子エラー補正とフォールトトレラント量子コンピューティングは、高忠実な長距離接続を必要とする。 本稿では,静的原子バス上に中性原子アーキテクチャを導入する。 このアーキテクチャは、約100usの論理ゲート時間と、コードd12の約1msの量子エラーサイクル距離を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Efficient quantum error correction and fault-tolerant quantum computing require scalable, high-fidelity long-range connectivity. In neutral-atom quantum computers, this is commonly achieved through atom transport, but shuttling introduces latency and motional heating that worsen with system size. Here, we introduce a neutral-atom architecture based on static atomic buses, in which auxiliary mediator atoms enable long-range entangling operations without qubit transport. The architecture naturally supports long-range stabilizer measurements in high-rate LDPC codes and transversal logical gates between neighboring surface-code patches, enabling a modular framework for efficient logical memories, Clifford computation, and magic-state distillation. To realize these capabilities, we co-design optimal-control protocols for bus-mediated controlled-Z gates that incorporate both microscopic neutral-atom dynamics and architectural constraints. We obtain smooth bus-mediated gates with fidelities approaching 99.9% and durations of a few hundred nanoseconds by combining time-optimal control with interaction-flatness and robustness constraints. Large-scale simulations of quantum error correction and logical entangling operations between neighboring surface-code patches predict more than an order-of-magnitude improvement in logical error rates compared with atom-shuttling architectures under realistic noise. The architecture achieves logical gate times of approximately 100 us and quantum-error-correction cycle times of about 1 ms for code distances d<12. These results establish static atomic buses as a practical alternative to atom shuttling for scalable fault-tolerant neutral-atom quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 効率的な量子エラー補正とフォールトトレラント量子コンピューティングはスケーラブルで高忠実な長距離接続を必要とする。 中性原子量子コンピュータでは、これは一般に原子輸送によって達成されるが、シャットリングはシステムサイズが悪化する遅延と運動加熱をもたらす。 本稿では,静的原子バスをベースとした中性原子アーキテクチャを提案する。 このアーキテクチャは、高速LDPC符号と隣接する表面コードパッチ間の横方向論理ゲートにおける長距離安定化器の測定を自然にサポートし、効率的な論理記憶のためのモジュラーフレームワーク、クリフォード計算、マジックステート蒸留を可能にした。 これらの機能を実現するため,バス制御型Zゲートの最適制御プロトコルを設計した。 我々は,時間-最適制御と相互作用平坦性,ロバスト性制約を組み合わせ,99.9%の忠実度と数百ナノ秒の持続時間を有する円滑なバス媒介ゲートを得る。 近接する表面コードパッチ間の量子エラー補正と論理エンタングリング操作の大規模シミュレーションは、現実的な雑音下での原子シャットリングアーキテクチャと比較して、論理エラー率のオーダー・オブ・マグニチュードの改善以上のことを予測している。 このアーキテクチャは、約100usの論理ゲート時間と、コード距離d<12の約1msの量子エラー補正サイクル時間を達成する。 これらの結果は、スケーラブルなフォールトトレラントな中性原子量子コンピューティングのための原子シャットリングの実用的な代替として静的原子バスを確立する。

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