論文の概要: Fast Nondestructive Readout for High-Clock-Rate Atom Array Quantum Processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.17189v1
- Date: Mon, 17 Aug 2026 22:58:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-19 21:40:53.159814
- Title: Fast Nondestructive Readout for High-Clock-Rate Atom Array Quantum Processor
- Title（参考訳）: 高クロックレート原子配列量子プロセッサの高速非破壊読み出し
- Abstract要約: 中性原子配列は急速に進歩し、数千の量子ビットをサポートし、高忠実度論理演算を実行している。
非破壊的量子ビット測定はミリ秒を必要とし、系のクロックレートを制限する。
ここでは、リアルタイムでサイト解決型適応保護に基づく高速で非破壊的な読み出しアーキテクチャを用いて、これらの制限を克服する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.271131349428597
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Neutral-atom arrays have rapidly advanced to support thousands of qubits and execute high-fidelity logical operations. However, these processors remain severely throttled by their slowest fundamental operation: nondestructive qubit measurement, which requires milliseconds and fundamentally limits the system's clock rate. This bottleneck arises from both an inherent photon-budget dilemma---sufficient fluorescence for reliable state discrimination must be collected without excessive heating or loss---and frame-based imaging, which imposes one common exposure and decision latency on intrinsically independent, site-local measurements. Here, we overcome these limitations with a fast, nondestructive readout architecture based on real-time, site-resolved adaptive protection. By integrating continuous photon counting with a dynamic feedforward framework, we decode qubit states with sub-microsecond latency and instantly shield atoms from redundant scattering. Demonstrated in parallel across a 100-qubit reconfigurable atom array, with adaptive protection on a 25-site subarray, this dynamic decision protocol reduces the average probe time to just $15\ μ\text{s}$. Model-free benchmarking yields a discrimination infidelity of $4.1 \times 10^{-5}$ and an atom loss of $2.1 \times 10^{-4}$, simultaneously setting new performance records for atom arrays. Exploiting this capability, we operate repeated quantum circuits at an unprecedented 1.7 kHz clock rate with atoms reused over 120 consecutive rounds---nearly sevenfold higher than the previous record---and enter the sub-millisecond cycle regime for the first time. By removing nondestructive readout as the dominant cycle-time bottleneck, this work unlocks high-clock-rate mid-circuit syndrome extraction, paving the way for high-throughput, fault-tolerant quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 中性原子配列は急速に進歩し、数千の量子ビットをサポートし、高忠実度論理演算を実行している。
しかしながら、これらのプロセッサは、最も遅い基本動作であるミリ秒の非破壊量子ビット測定と、システムのクロックレートの根本的な制限により、依然として著しく減速している。
このボトルネックは、信頼できる状態の識別に十分な蛍光を過度な加熱や損失なしに収集する必要がある、固有の光子予算ジレンマとフレームベースのイメージングの両方から生じる。
ここでは、リアルタイムでサイト解決型適応保護に基づく高速で非破壊的な読み出しアーキテクチャを用いて、これらの制限を克服する。
連続光子カウントを動的フィードフォワードフレームワークに統合することにより、サブマイクロ秒レイテンシで量子ビット状態をデコードし、原子を冗長散乱から即座に遮蔽する。
この動的決定プロトコルは、100キュービットの再構成可能な原子配列に並列にデモし、25サイトのサブアレイ上で適応的に保護することで、平均プローブ時間を15\μ\text{s}$に短縮する。
モデルフリーベンチマークでは、4.1 \times 10^{-5}$と2.1 \times 10^{-4}$の識別不完全性が得られ、同時に原子配列の新たなパフォーマンス記録が設定される。
この能力を行使し、120回連続で再利用された原子を前例のない1.7kHzのクロックレートで繰り返し量子回路を動作させ、初めてミリ秒以下のサイクル状態に入る。
非破壊的読み出しを主要なサイクルタイムボトルネックとして取り除くことで、この研究は、高スループットでフォールトトレラントな量子計算への道を開く、ハイクロックの中間回路症候群抽出を解き放つ。
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