論文の概要: Structured light for addressable two-qubit gates in medium-sized ion crystals: modeling motional and dephasing errors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.28217v1
• Date: Tue, 20 Oct 2026 13:51:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-21 21:58:47.83816
• Title: Structured light for addressable two-qubit gates in medium-sized ion crystals: modeling motional and dephasing errors
• Title（参考訳）: 中規模イオン結晶におけるアドレス可能な2量子ゲートの構造光 : 運動誤差と復調誤差のモデル化
• Abstract要約: レーザー照射を施した幾何学的位相ゲートは、トラップイオン量子コンピュータで広く使われている。 本稿では、最近Faorlin et $al.$によって実装されたスキームの理論的記述について述べる。 対象パラメータを,報告した10～3ドルから10～5ドルへと減少させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.72751145910978
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Geometric phase gates with addressed laser radiation are widely used in trapped-ion quantum computers to drive high-fidelity entangling gates on an arbitrary qubit pair of a larger ion chain. Such programmable connectivity exploits the collective phonons to mediate the desired interaction, while simultaneously achieving robustness to their thermal fluctuations by a careful calibration of the gate time with respect to the laser and vibrational-mode frequencies. Crosstalk errors can arise when the spectator qubits, which should ideally remain idle during the gate, are partially driven by the laser fields. The minimal crosstalk, which is set by the laser beam size on the spectator ions, can be achieved when the addressing beams propagate perpendicular to the ion chain. However, this results in exciting the radial phonons, and can complicate achieving high-fidelities as the ion chain grows due to the so-called spectral mode crowding. In this work, we present the theoretical description of a scheme recently implemented by Faorlin et $al.$. This scheme overcomes these complications by engineering addressable state-dependent forces along the ion-chain with laser beams that propagate perpendicular to it through the use of structured light gradients. In this way, one can excite the axial phonons and avoid the spectral mode crowding, while simultaneously minimizing the crosstalk. We present a detailed derivation of the entangling gate scheme, together with analytical closed-form expressions for the leading contribution to the gate error caused by thermal motional fluctuations and dephasing noise. Our results confirm that such fluctuations account for up to 93$\%$ of the error budget under the operating conditions of the gate implemented by Faorlin et $al.$. We identify target parameters to reduce the motional error from the reported $10^{-3}$ to the $10^{-5}$ level.
• Abstract（参考訳）: レーザー照射を施した幾何学的位相ゲートは、より大きいイオン鎖の任意の量子ビット対上で高忠実なエンタングルゲートを駆動するために、トラップイオン量子コンピュータで広く使われている。 このようなプログラム可能な接続性は、集合フォノンを利用して所望の相互作用を仲介し、同時にレーザーおよび振動モード周波数に対するゲート時間の慎重な校正により、彼らの熱ゆらぎに対する堅牢性を達成する。 クロストークエラーは、ゲートの間、理想的にはアイドル状態であるオブザーバーキュービットがレーザー場によって部分的に駆動されるときに発生する。 最小のクロストークは、オブザーバイオン上のレーザービームサイズによって設定され、アドレスビームがイオン鎖に垂直に伝播するときに達成される。 しかし、これはラジアルフォノンを刺激し、いわゆるスペクトルモードの群れによってイオン鎖が成長するにつれて高忠実度を達成することができる。 本稿では、最近Faorlin et $alによって実装されたスキームの理論的記述を示す。 $. このスキームは、構造された光勾配を用いて垂直に伝播するレーザービームとイオン鎖に沿った状態依存力によってこれらの複雑さを克服する。 これにより、軸軸フォノンを励起し、クロストークを最小化しながらスペクトルモードの混雑を回避することができる。 本稿では, 係合ゲート方式の詳細な導出と, サーマルモーション変動やデフォーカスノイズによるゲート誤差の原因となる解析的クローズドフォーム表現について述べる。 これらの変動は,Faorlinらによるゲートの動作条件下での誤差予算の最大93$\%が原因であることが確認された。 $. 対象パラメータを,報告された10^{-3}$から10^{-5}$レベルまで減少させる。

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