Scalable Heteronuclear Architecture of Neutral Atoms Based on EIT

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on our recent paper [arXiv:2206.12176 (2022)], we propose a scalable heteronuclear architecture of parallel implementation of CNOT gates in arrays of alkali-metal neutral atoms for quantum information processing. We considered a scheme where we perform CNOT gates in a parallel manner within the array, while they are performed sequentially between the pairs of neighboring qubits by coherently transporting an array of atoms of one atomic species (ancilla qubits) using an array of mobile optical dipole traps generated by a 2D acousto-optic deflector (AOD). The atoms of the second atomic species (data qubits) are kept in the array of static optical dipole traps generated by spatial light modulator (SLM). The moving ancillas remain in the superposition of their logical ground states without loss of coherence, while their transportation paths avoid overlaps with the spatial positions of data atoms. We numerically optimized the system parameters to achieve the fidelity for parallelly implemented CNOT gates around F=95%">F=95% for the experimentally feasible conditions. Our design can be useful implementation of surface codes for quantum error correction. Renyi entropy and mutual information are also investigated to characterize the gate performance.

About the authors

A. M. Faruk

Novosibirsk State University;Faculty of Science, Al-Azhar University;Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: ahmed.farouk@azhar.edu.eg
Novosibirsk, 630090 Russia;Cairo, 11884 Egypt;Novosibirsk, 630090 Russia

I. I. Beterov

Novosibirsk State University;Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences;Institute of Laser Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State Technical University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630073 Russia

Syuy Pen

State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences; Wuhan Institute of Quantum Technology

Email: beterov@isp.nsc.ru
Wuhan, 430071 China; Wuhan, 430206 China

I. I. Ryabtsev

Novosibirsk State University;Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia; Novosibirsk, 630090 Russia

References

  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).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».