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://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/148046
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451023080096
  • EDN: https://elibrary.ru/IAYWOR
  • ID: 148046

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

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».