Масштабируемая архитектура гетероядерного квантового регистра из нейтральных атомов на основе электромагнитно-индуцированной прозрачности

Обложка
  • Авторы: Фарук А.М.1,2,3, Бетеров И.И.1,3,4,5, Пэн С.6,7, Рябцев И.И.1,3
  • Учреждения:
    1. Новосибирский государственный университет
    2. Университет Аль-Азхар
    3. Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
    4. Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук
    5. Новосибирский государственный технический университет
    6. Инновационная академия науки и техники точных измерений, Китайская академия наук
    7. Уханьский институт квантовых технологий
  • Выпуск: Том 164, № 2 (2023)
  • Страницы: 230-240
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://archivog.com/0044-4510/article/view/653671
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451023080096
  • EDN: https://elibrary.ru/IAYWOR
  • ID: 653671

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Основываясь на нашей недавней статье [arXiv: 2206.12176 (2022)], мы рассматриваем масштабируемую архитектуру гетероядерного квантового регистра из нейтральных атомов щелочных металов, в котором возможна параллельная реализация вентилей CNOT (управляемое НЕ) для квантовой обработки информации. Параллельное выполнение вентилей CNOT для удаленных друг от друга пар кубитов сочетается с последовательным выполнением таких вентилей для пар соседних кубитов, в которых один из кубитов является общим для всех пар. Для выполнения вентилей используется когерентный транспорт массива атомов одного химического элемента (вспомогательные кубиты) по отношению к массиву атомов другого химического элемента (кубиты данных). Вспомогательные кубиты удерживаются в массиве мобильных оптических дипольных ловушек, генерируемых двумерным акустооптическим дефлектором. Кубиты данных хранятся в массиве стационарных оптических дипольных ловушек, создаваемых с помощью пространственного модулятора света. Когерентный транспорт обеспечивает сохранение суперпозиций логических состояний вспомогательных кубитов, несмотря на их перемещение в пространстве. При этом пути перемещения выбираются таким образом, чтобы избежать пересечений с кубитами данных в пространстве. Численно оптимизированы параметры системы для достижения точности параллельновыполняемых вентилей CNOT около F = 95% для условий, которые могут быть реализованы в эксперименте. Предложенная архитектура может быть применена для реализации поверхностных кодовквантовой коррекции ошибок. Для оценки эффективности вентилей также исследованы энтропия Реньи и взаимная информация.

Об авторах

А. М. Фарук

Новосибирский государственный университет;Университет Аль-Азхар;Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Email: ahmed.farouk@azhar.edu.eg
Новосибирск, 630090 Россия; Каир, 11884 Египет; Новосибирск, 630090 Россия

И. И. Бетеров

Новосибирский государственный университет;Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук;Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук;Новосибирский государственный технический университет

Email: beterov@isp.nsc.ru
Новосибирск, 630090 Россия;Новосибирск, 630090 Россия;Новосибирск, 630090 Россия;Новосибирск, 630073 Россия

Сюй Пэн

Инновационная академия науки и техники точных измерений, Китайская академия наук;Уханьский институт квантовых технологий

Email: beterov@isp.nsc.ru
Ухань, 430071 Китай; Ухань, 430206 Китай

И. И. Рябцев

Новосибирский государственный университет;Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: beterov@isp.nsc.ru
Новосибирск, 630090 Россия; Новосибирск, 630090 Россия

Список литературы

  1. S. Ebadi, T. T. Wang, H. Levine et al., Nature 595, 227 (2021).
  2. P. Scholl, M. Schuler, H. J. Williams et al., Nature 595, 233 (2021).
  3. T. M. Graham, Y. Song, J. Scott et al., Nature 604, 457 (2022).
  4. I. S. Madjarov, J. P. Covey, A. L. Shaw et al., Nature Physics 16, 857 (2020).
  5. W. H¨ansel, J. Reichel, P. Hommelho, and T. W. H¨ansch, Phys. Rev. Lett. 86, 608 (2001).
  6. J. Beugnon, C. Tuchendler, H. Marion et al., Nature Phys. 3, 696 (2007).
  7. G. T. Hickman and M. Sa man, Phys. Rev. A 101101, 063411 (2020).
  8. D. Bluvstein, H. Levine, G. Semeghini et al., Nature 604, 451 (2022).
  9. K. Singh, S. Anand, A. Pocklington et al., Phys. Rev. X 12, 011040 (2022).
  10. C. Sheng, J. Hou, X. He et al., Phys. Rev. Lett. 128, 083202 (2022).
  11. C. Zhang and M. R. Tarbutt, PRX Quantum 3, 030340 (2022).
  12. T. G. Walker and M. Sa man, Phys. Rev. A 77, 032723 (2008).
  13. I. I. Beterov and M. Sa man, Phys. Rev. A 92, 042710 (2015).
  14. Z. Tao, L. Yu, P. Xu et al., Chin. Phys. Lett. 39, 083701 (2022).
  15. S. Ebadi, A. Keesling, M. Cain et al., Science 376, 1209 (2022).
  16. M. Nguyen, J. Liu, J. Wurtz et al., PRX Quantum 4, 010316 (2023).
  17. A. Byun, M. Kim, and J. Ahn, PRX Quantum 3, 030305 (2022).
  18. M. Kim, K. Kim, J. Hwang et al., Nature Phys. 18, 755 (2022).
  19. F. Arute, K. Arya, R. Babbush et al., Nature 574, 505 (2019).
  20. M. Mu¨ller, I. Lesanovsky, H. Weimer et al., Phys. Rev. Lett. 102, 170502 (2009).
  21. K. McDonnell, L. F. Keary, and J. D. Pritchard, Phys. Rev. Lett. 129, 200501 (2022).
  22. A. M. Farouk, I. I. Beterov, P. Xu et al., ArXiv: 2206. 12176 (2022).
  23. C. W. Mansell and S. Bergamini, New J. Phys. 16, 053045 (2014).
  24. N. Sˇibalic,' J. D. Pritchard, C. S. Adams, and K. J. Weatherill, Comp. Phys.Comm. 220, 319 (2017).
  25. M. Hillery, V. Buˇzek, and A. Berthiaume, Phys. Rev. A 59, 1829 (1999).
  26. M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computing and Quantum Information, Cambridge University Press, Cambridge (2000).
  27. R. Horodecki, P. Horodecki, M. Horodecki, and K. Horodecki, Rev. Mod. Phys. 81, 865 (2009).
  28. R. Islam, R. Ma, P. M. Preiss et al., Nature 528, 77 (2015).
  29. M. M. Wolf, F. Verstraete, M. B. Hastings, and J. I. Cirac, Phys. Rev. Lett. 100, 070502 (2008).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023