論文の概要: Fast continuous ion transport through X-junctions with low motional excitation for QCCD architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.14472v1
• Date: Sat, 10 Oct 2026 02:01:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-20 13:19:51.655768
• Title: Fast continuous ion transport through X-junctions with low motional excitation for QCCD architectures
• Title（参考訳）: QCCDアーキテクチャのための低運動励起X接合による高速連続イオン輸送
• Abstract要約: 量子電荷結合デバイス(QCCD)アーキテクチャに基づくトラップされたイオン量子コンピューティングは、機能的ゾン化とイオン輸送を利用する。 我々は低フォノン励起高速X接合(LHX-T)輸送のための波形設計法を開発した。 結果として得られる波形は、平均速度14.6m/sで90ターンの5s$で1,71Yb+$イオンを輸送する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.500904436334094
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Trapped ion quantum computing based on the quantum charge coupled device (QCCD) architecture uses functional zoning and ion transport to enable high fidelity computation and all to all qubit connectivity. As trapped ion quantum processing units (QPU) scale, 90° X-junction turns account for an increasing fraction of total transport time. Frequent junction crossings, therefore, make transport speed and final phonon excitation direct determinants of quantum algorithm execution efficiency. However, complex electric fields in X-junctions complicate waveform design, making it difficult to achieve high speed and low final phonon excitation simultaneously. Here, we develop a waveform design method for low-phonon-excitation high-speed X-junction(LHX-T) transport. It integrates low barrier pseudopotential channel design using multiple radio frequency (Multi-RF), multidimensional shortcut to adiabaticity dynamics, and constrained DC voltage optimization over the entire transport sequence. This framework connects waveform design, control, and computational validation, with smooth multichannel waveforms computed rapidly through a Karush-Kuhn-Tucker(KKT) linear system. The resulting waveform transports a single $^{171}Yb^+$ ion through a 90° turn in $5μs$ at an average speed of 14.6 m/s. Over 50 consecutive round trips, the final equivalent coherent phonon number consistently stays below 0.001, with no noticeable accumulation over time. System level evaluations at the QCCD scale show that the median duration of a single execution cycle is reduced by about $30\%$ across various circuit types. The fraction of execution time spent on transport decreases from approximately $70\%$ to $55\%$. This approach offers a means of designing fast ion transport waveforms with low phonon excitation for scalable QCCD based QPUs and provides a technical basis for efficient execution of quantum algorithms.
• Abstract（参考訳）: 量子電荷結合デバイス(QCCD)アーキテクチャに基づくトラップされたイオン量子コンピューティングは、高忠実度計算と全量子ビット接続を可能にするために、機能的ゾン化とイオン輸送を利用する。 イオン量子処理ユニット (QPU) のスケールでは、90° X-ジャンクション・ターンは総輸送時間のごく一部を占める。 したがって、頻繁に交わる接合は、量子アルゴリズムの実行効率の輸送速度と最終的なフォノン励起を直接決定する。 しかし、X接合の複雑な電場は波形設計を複雑にし、高速かつ低ファイナルフォノン励起を同時に達成することは困難である。 そこで我々は低フォノン励起高速X接合(LHX-T)輸送のための波形設計法を開発した。 マルチラジオ周波数 (Multi-RF) を用いた低障壁擬電位チャネル設計, 断熱特性の多次元ショートカット, トランスポートシーケンス全体の直流電圧最適化を併用する。 このフレームワークは、波形設計、制御、計算検証を、KKT(Karush-Kuhn-Tucker)線形システムを通じて高速に計算される滑らかなマルチチャネル波形と結びつけている。 結果として得られる波形は、平均速度14.6 m/sで90°回転して1つの$^{171}Yb^+$イオンを5μsで輸送する。 50回以上連続するラウンドトリップでは、最終的なコヒーレントフォノン数は0.001以下であり、時間とともに顕著に蓄積されることはない。 QCCDスケールでのシステムレベル評価は、単一実行サイクルの中央値期間が、様々な回路タイプで約30\%のコストで削減されることを示している。 輸送に費やされる実行時間の割合は、約70 %$から55 %$へと減少する。 このアプローチは、スケーラブルQCCDベースのQPUのための低フォノン励起を持つ高速イオン輸送波形を設計する手段を提供し、量子アルゴリズムの効率的な実行のための技術的基盤を提供する。

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