論文の概要: Influence of fast and slow laser phase noise on the fidelity of the Mølmer-Sørensen trapped-ion gate

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.26912v1
• Date: Tue, 22 Sep 2026 18:10:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-25 00:05:17.720759
• Title: Influence of fast and slow laser phase noise on the fidelity of the Mølmer-Sørensen trapped-ion gate
• Title（参考訳）: Mølmer-Sørensenトラップイオンゲートの忠実度に及ぼす高速・低速レーザー位相ノイズの影響
• Abstract要約: 2量子エンタングゲートは、量子プロセッサ上で有用な量子アルゴリズムの実現に不可欠である。 MSゲートは、イオン温度に対するレジリエンスと記録忠実性を示すため、トラップイオン量子コンピューティングの一般的な選択肢となっている。 本稿では,MSゲートにおけるレーザ位相雑音の理論的解析を行い,ゲートの忠実度に最も影響を及ぼすスペクトル範囲を2つ同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: High-fidelity two-qubit entangling gates are essential for the realization of useful quantum algorithms on quantum processors. The Mølmer-Sørensen (MS) gate has become a common choice for trapped-ion quantum computing due to its resilience to ion temperature and its demonstrated record fidelities. However, the spectral impurity of the driving laser field impacts gate performance, with phase noise influencing the qubit dynamics through mechanisms operating on different timescales. In this work, we present a comprehensive theoretical analysis of laser phase noise in the MS gate, identifying two spectral ranges which influence the gate fidelity the most: "fast" noise at frequencies near the motional mode spectrum, and "slow" noise at frequencies on the order of the inverse gate time. We derive the noise Hamiltonians for two common laser beam geometries and obtain analytical expressions for the average gate error in terms of the laser noise power spectral density and gate parameters. For slowly varying noise spectra, we provide simplified error estimates. In addition, we validate our findings against previously published numerical simulations.
• Abstract（参考訳）: 量子プロセッサ上で有用な量子アルゴリズムを実現するためには、高忠実な2量子エンタングゲートが不可欠である。 Mølmer-Sørensen (MS) ゲートは、イオン温度に対するレジリエンスと記録的忠実さの証明により、トラップイオン量子コンピューティングの一般的な選択肢となっている。 しかし、駆動レーザー磁場のスペクトル不純物はゲート性能に影響を与え、位相ノイズは異なる時間スケールで動作する機構を介してキュービットダイナミクスに影響を与える。 本研究では,MSゲートにおけるレーザ位相雑音の包括的理論的解析を行い,動作モードスペクトル近傍の周波数における「高速」ノイズと,逆ゲート時間方向の周波数における「スロー」ノイズの2つのスペクトル範囲を同定する。 2つの一般的なレーザビーム測地に対するノイズハミルトニアンを導出し、レーザノイズパワースペクトル密度とゲートパラメータを用いて平均ゲート誤差の解析式を得る。 ノイズスペクトルを緩やかに変化させるため,簡易な誤差推定を行う。 さらに, これまでに公表した数値シミュレーションに対して, 実験結果を検証した。

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