JP2020187741A - 量子ｄ状態のａｃシュタルクシフトゲート - Google Patents

Abstract

【課題】高速で信頼性の高い量子ゲートを実装する量子Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを提供する。【解決手段】量子計算Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートシステムは、少なくとも１つのゲート操作ソース６４Ａ〜６４Ｃと、イオントラップ５０内にトラップされた１つ以上のイオンと、を含む。少なくとも１つのゲート操作ソースは、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号を発生させる。第１及び第２のゲート操作信号は、Ｓ状態のセットとＤ状態のセットとの間でイオンを連結する。第１及び第２のゲート操作信号は、イオンの内部状態に依存する、１つ以上のイオンのうちのあるイオンに力を加える。第１及び第２のゲート操作信号は、Ｓ状態のセット内のイオンの占有率を明らかに変化させることなく、イオンの内部状態をそれらの運動状態に連結する。【選択図】図１

Description

本明細書に記載される実施形態は、概して、量子計算に関する。例えば、様々な実施形態は、レーザベースの量子論理ゲートに関する。

量子計算を使用して、高度な計算処理を実施することができる。量子論理ゲート（例えば、制御されたＮＯＴゲート、アダマールゲートなど）を使用して、信頼性が高く、フォールトトレラントな量子計算を提供することができる。トラップされたイオン量子コンピュータにおける量子論理ゲートの動作は、多くの場合、高い入力パワーを使用して動作するか、又は技術的に難しく、困難な、若しくは別様に不便な（例えば、小さい）波長で動作するレーザを必要とする。これらの要件により、高速で信頼性の高い量子ゲートを実装することが困難になり、いくつかの実施例では拡張性が妨げられる場合がある。加えられる努力、工夫、及び革新を通じて、かかるシステムの多くの欠陥は、本発明の実施形態に従って構造化される解決策を開発することによって解決され、それらの多くの実施例が本明細書で詳細に記載される。

例示的な実施形態は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの動作を実施するための方法、並びにＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの動作を実施するように構成された量子コンピュータ、システム、及び／又は器具を提供する。

一態様によれば、量子計算Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートシステムが提供される。例示的な実施形態では、本システムは、第１のレーザ波長で第１のゲート操作信号を発生させるように構成された第１のゲート操作ソースと、第２のレーザ波長で第２のゲート操作信号を発生させるように構成された第２のゲート操作ソースと、イオントラップと、イオントラップ内にトラップされた１つ以上のイオンと、を含む。第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は各々、１つ以上のイオンのＳ状態（例えば、量子ビット空間の状態）のセットとＤ状態のセットとを連結するように構成されている。第１及び第２のゲート操作信号は、イオンの内部状態に依存する、１つ以上のイオンのうちのあるイオンに力を加えるように構成されている。第１及び第２のゲート操作信号は、Ｓ状態のセット内の１つ以上のイオンの占有率を明らかに変化させることなく、１つ以上のイオンの内部状態を当該イオンの運動状態に連結するように構成されている。ここで、Ｓ状態のセット内のイオンの占有率を明らかに変化させることなくとは、レーザ連結によって誘起されるＳ状態のセット内の状態間の占有率の転送が完全に無視できること、特に、既に１０^−４レベル未満であるゲート中のＤ状態から自発的に減衰することにより、上記Ｓ状態間の占有率の転送をはるかに下回ることを意味する。

例示的な実施形態では、本システムは、磁場を発生させる磁場発生装置を含む。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号と平行ではない方向に伝播する。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ垂直な方向に伝播する。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号は、第１の向きを有して分極され、第２のゲート操作信号は、第１の向きに対して実質的に垂直な第２の向きを有して分極され、分極は、２つのゲート操作信号の伝播方向によって定義される平面内にある。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号は、第１の向きを有する平面内で分極され、第２のゲート操作信号は、第１の向きに対して実質的に垂直な第２の向きを有する平面から分極され、平面は、２つのゲート操作信号の伝播方向によって定義される。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ反対の方向に伝播する。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ平行な方向に伝播する。例示的な実施形態では、第１及び第２のゲート操作信号は、共通のゲート操作信号の変調である。例示的な実施形態では、第１のゲート操作ソースは、Ｓ状態のサブセットとＤ状態のサブセットとの間で、イオンを非共鳴的に連結するように構成され、第２のゲート操作ソースは、上記Ｓ状態のサブセットと上記Ｄ状態のサブセットとの間で、イオンを非共鳴的に連結するように構成されている。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長は、第１の可視スペクトルのレーザ波長であり、第２のレーザ波長は、第２の可視スペクトルのレーザ波長である。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長は、第１の赤外線又は紫外線スペクトルのレーザ波長であり、第２のレーザ波長は、第２の赤外線又は紫外線スペクトルのレーザ波長である。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体の外側で離調される。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で離調される。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で対称的に離調される。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、イッテルビウム１７１を含み、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は、およそ４３５ｎｍのレーザパルスを含む。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は、ゲート動作の完了時にＤ状態の占有率を低減するためのパルス整形変調を含む。例示的な実施形態では、パルス整形変調は、ｓｉｎ^２（ｔ）の形式の上昇及び下降変調を伴う。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、低位Ｄ状態を有するイオンである。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、１価にイオン化されたイッテルビウム、１価にイオン化されたバリウム、１価にイオン化されたストロンチウム、又は１価にイオン化されたカルシウムのうちの少なくとも１つを含む。

別の態様によれば、量子計算Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの動作を実施するための方法が提供される。例示的な実施形態例では、本方法は、第１のゲート操作ソースを使用して第１のゲート操作信号を発生させることを含む。第１のゲート操作ソースは、第１のレーザ波長であり、イオントラップ内にトラップされた１つ以上のイオンのＳ状態のセットをＤ状態のセットに連結するように構成されている。本方法は、第２のゲート操作ソースを使用して第２のゲート操作信号を発生させることを更に含む。第２のゲート操作ソースは、第２のレーザ波長であり、１つ以上のイオンのＳ状態のセットをＤ状態のセットに連結するように構成されている。本方法は、第１及び第２のゲート操作信号を１つ以上のイオンに加えることを更に含む。第１及び第２のゲート操作信号によって１つ以上のイオンのうちのあるイオンに加えられる力は、イオンの内部状態に依存する。第１及び第２のゲート操作信号は、Ｓ状態のセット内の１つ以上のイオンの占有率を明らかに変化させることなく、１つ以上のイオンの内部状態を当該イオンの運動状態に連結するように構成されている。

例示的な実施形態では、本システムは、磁場を発生させる磁場発生装置を含む。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号と平行ではない方向に伝播する。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ垂直な方向に伝播する。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号は、第１の向きを有して分極され、第２のゲート操作信号は、第１の向きに対して実質的に垂直な第２の向きを有して分極され、分極は、２つのゲート操作信号の伝播方向によって定義される平面内にある。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号は、第１の向きを有する平面内で分極され、第２のゲート操作信号は、第１の向きに対して実質的に垂直な第２の向きを有する平面から分極され、平面は、２つのゲート操作信号の伝播方向によって定義される。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ反対の方向に伝播する。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ平行な方向に伝播する。例示的な実施形態では、第１及び第２のゲート操作信号は、共通のゲート操作信号の変調である。例示的な実施形態では、第１のゲート操作ソースは、Ｓ状態のサブセットとＤ状態のサブセットとの間で、イオンを非共鳴的に連結するように構成され、第２のゲート操作ソースは、上記Ｓ状態のサブセットと上記Ｄ状態のサブセットとの間で、イオンを非共鳴的に連結するように構成されている。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長は、第１の可視スペクトルのレーザ波長であり、第２のレーザ波長は、第２の可視スペクトルのレーザ波長である。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長は、第１の赤外線又は紫外線スペクトルのレーザ波長であり、第２のレーザ波長は、第２の赤外線又は紫外線スペクトルのレーザ波長である。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体の外側で離調される。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で離調される。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で対称的に離調される。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、イッテルビウム１７１を含み、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は、およそ４３５ｎｍのレーザパルスを含む。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は、ゲート動作の完了時にＤ状態の占有率を低減するためのパルス整形変調を含む。例示的な実施形態では、パルス整形変調は、ｓｉｎ^２（ｔ）の形式の上昇及び下降変調を伴う。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、低位Ｄ状態を有するイオンである。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、１価にイオン化されたイッテルビウム、１価にイオン化されたバリウム、１価にイオン化されたストロンチウム、又は１価にイオン化されたカルシウムのうちの少なくとも１つを含む。

更に別の態様によれば、非一時的な機械可読記憶媒体は、複数の命令を含み、複数の命令は、装置のプロセッサ（例えば、トラップされたイオン量子コンピュータのコントローラの処理要素）で実行されると、装置にＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実施させる。例示的な実施形態では、複数の命令が装置のプロセッサで実行されると、装置は、第１のゲート操作ソースに第１のゲート操作信号を発生させることを引き起こされる。第１のゲート操作ソースは、第１のレーザ波長であり、イオントラップ内にトラップされた１つ以上のイオンのＳ状態のセットをＤ状態のセットに連結するように構成されている。複数の命令が装置のプロセッサで実行されると、装置により、第２のゲート操作ソースが第２のゲート操作信号を発生することが更に引き起こされる。第２のゲート操作ソースは、第２のレーザ波長であり、１つ以上のイオンのＳ状態のセットをＤ状態のセットに連結するように構成されている。複数の命令が装置のプロセッサで実行されると、装置により、第１及び第２のゲート操作信号を１つ以上のイオンに加えることが更に引き起こされる。第１及び第２のゲート操作信号によって１つ以上のイオンのうちのあるイオンに加えられる力は、イオンの内部状態に依存する。第１及び第２のゲート操作信号は、Ｓ状態のセット内の１つ以上のイオンの占有率を明らかに変化させることなく、１つ以上のイオンの内部状態を当該イオンの運動状態に連結するように構成されている。

例示的な実施形態では、本システムは、磁場を発生させる磁場発生装置を含む。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号と平行ではない方向に伝播する。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ垂直な方向に伝播する。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号は、第１の向きを有して分極され、第２のゲート操作信号は、第１の向きに対して実質的に垂直な第２の向きを有して分極され、分極は、２つのゲート操作信号の伝播方向によって定義される平面内にある。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号は、第１の向きを有する平面内で分極され、第２のゲート操作信号は、第１の向きに対して実質的に垂直な第２の向きを有する平面から分極され、平面は、２つのゲート操作信号の伝播方向によって定義される。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ反対の方向に伝播する。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号に対しておよそ平行な方向に伝播する。例示的な実施形態では、第１及び第２のゲート操作信号は、共通のゲート操作信号の変調である。例示的な実施形態では、第１のゲート操作ソースは、Ｓ状態のサブセットとＤ状態のサブセットとの間で、イオンを非共鳴的に連結するように構成され、第２のゲート操作ソースは、上記Ｓ状態のサブセットと上記Ｄ状態のサブセットとの間で、イオンを非共鳴的に連結するように構成されている。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長は、第１の可視スペクトルのレーザ波長であり、第２のレーザ波長は、第２の可視スペクトルのレーザ波長である。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長は、第１の赤外線又は紫外線スペクトルのレーザ波長であり、第２のレーザ波長は、第２の赤外線又は紫外線スペクトルのレーザ波長である。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体の外側で離調される。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で離調される。例示的な実施形態では、第１のレーザ波長及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で対称的に離調される。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、イッテルビウム１７１を含み、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は、およそ４３５ｎｍのレーザパルスを含む。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は、ゲート動作の完了時にＤ状態の占有率を低減するためのパルス整形変調を含む。例示的な実施形態では、パルス整形変調は、ｓｉｎ^２（ｔ）の形式の上昇及び下降変調を伴う。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、低位Ｄ状態を有するイオンである。例示的な実施形態では、１つ以上のイオンは、１価にイオン化されたイッテルビウム、１価にイオン化されたバリウム、１価にイオン化されたストロンチウム、又は１価にイオン化されたカルシウムのうちの少なくとも１つを含む。

このように本発明を一般的な用語で説明してきたが、ここで、必ずしも縮尺どおりに描かれていない添付図面を参照する。

例示的な実施形態による、例示的なトラップされたイオン量子コンピュータのブロックダイアグラムを提供する。 例示的な実施形態による、１つ以上のイオンで位相ゲートを実施するために、例えば、量子コンピュータのコントローラによって実施される処理、手順、及び動作を例示するフローチャートを提供する。 例示的な実施形態による、状態遷移ダイアグラムを提供する。 図３に示される状態遷移ダイアグラムに対応する例示的な実施形態による、表面イオントラップ内にトラップされたイオンに対する例示的なゲートの性能を示す概略ダイアグラムを提供する。 図３に示される状態遷移ダイアグラムに対応する例示的な実施形態による、位相ゲートプロトコルのブロッホ球表現を示すブロックダイアグラムを提供する。 図３に示される状態遷移ダイアグラムに対応する例示的な実施形態による、性能測定結果を提供する。 別の例示的な実施形態による、状態遷移ダイアグラムを提供する。 図７に示される状態遷移ダイアグラムに対応する例示的な実施形態による、表面イオントラップ内にトラップされたイオンに対する例示的なゲートの性能を示す概略ダイアグラムを提供する。 図７に示される状態遷移ダイアグラムに対応する例示的な実施形態による、位相ゲートプロトコルの表現を示すブロックダイアグラムを提供する。 図７に示される状態遷移ダイアグラムに対応する例示的な実施形態による、性能測定結果を例示するプロットを提供する。 例示的な実施形態による、イオントラップ器具を含む量子コンピュータの例示的なコントローラの概略ダイアグラムを提供する。 例示的な実施形態による、使用され得る量子コンピュータシステムの例示的な計算エンティティの概略ダイアグラムを提供する。

ここで、本発明を、本発明の全てではなくいくつかの実施形態が示される添付図面を参照しながら以下により完全に説明する。実際に、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。「又は」という用語（「／」とも示される）は、別様に示唆されない限り、代替的及び連言的な意味の両方で本明細書にて使用される。「図示の」及び「例示の」という用語は、品質レベルの指示のない例として使用される。「実質的に」、「概して」、及び「およそ」という用語は、別様に示されない限り、適切なエンジニアリング及び／若しくは製造許容範囲内、並びに／又はユーザ測定能力内のものを指す。同様の数字は、全体をとおして同様の要素を指す。

量子コンピュータの様々な実施形態において、１つ以上のレーザパルスを量子コンピュータの量子ビットに加えて、量子論理ゲートを実行に移すことができる。例えば、量子コンピュータが、トラップされたイオン量子コンピュータである場合、イオンを、量子コンピュータのイオントラップ内にトラップし、量子コンピュータの量子ビットとして使用することができる。１つ以上のレーザパルスを、イオントラップ内にトラップされた１つ以上のイオン（例えば、量子ビット）に加えて、１つ以上のイオンによって具現化された１つ以上の量子ビットで量子論理ゲートを実施することができる。様々な実施形態において、改善された量子論理ゲートを提供することによって、量子計算が直面する技術的問題に対する技術的解決策を提供するＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの性能のための、量子コンピュータ、システム、器具、及び対応する方法が提供される。短波長（例えば、紫外線波長）で高いレーザパワーを必要とする量子ゲートが直面する技術的問題に対処するために、このＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートは、より長い波長及び中程度のレーザパワーで動作する解決策を提供する。例えば、紫外線を使用して、Ｓ_１／２からＰ_１／２への遷移でＭｏｌｍｅｒ−Ｓｏｒｅｎｓｅｎ（ＭＳ）ゲートを動作させる例示的なＰ状態のゲートの技術的複雑さとは対照的に、このＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートは、可視スペクトルの遷移波長λ_０のレーザを使用して、Ｓ_１／２多様体をＤ_３／２多様体に連結する。様々な実施形態において、可視又は可視スペクトルという用語は、およそ３８０〜７４０ｎｍの波長範囲の光を指す。例示的な実施形態では、遷移波長は、λ_０＝４３５ｎｍである。様々な実施形態において、量子論理ゲートを実施するために使用される操作信号は、ＵＶ波長より長い波長（例えば、およそ３７５〜３８０ｎｍより長い波長）によって特徴付けられるレーザパルスを含む。これらの動作上の利点は、量子論理ゲートを実装する技術的複雑さを著しく低減し、低い技術的オーバーヘッドを有する高忠実度の量子論理ゲートにつながる。

Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの様々な例示的な実施形態は、Ｐ状態のゲートに対して様々な利点を提供する。例えば、Ｐ状態のＭｏｌｍｅｒ−Ｓｏｒｅｎｓｅｎ（ＭＳ）ゲートは、Ｓ_１／２多様体とＰ_１／２多様体とをレーザ連結することによって、Ｓ_１／２多様体の２つの超微細状態間に位相ゲートを実装することができる。このＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートにより、ＭＳゲートと比較して、（ａ）ゲートレーザがｋＨｚ〜ＭＨｚ（ＧＨｚではなく）周波数だけ分光学的に分離され得ることと、（ｂ）ゲートが光学位相に対して本質的に非感応性であることと、（ｃ）ゲートが量子ビットベースで斜めであることにより、ゲートが動的な連結解除スキームとより自然に適合するようになることと、を含む、いくつかの例示的な技術的利点が得られる。表１は、Ｐ状態及びこのＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートのある特定の特徴間の比較を示す。

表１に見ることができるように、Ｐ状態のゲート構成は、紫外線波長で比較的高いレーザパワー（例えば、数１０ｍＷ）を必要とし、拡張性を妨げる可能性が高い様々な他の技術的難しさに見舞われる。例えば、Ｐ状態のＭＳゲートは、ＧＨｚのレーザ変調を必要とし、光学位相に敏感であるが、Ｐ状態のＡＣシュタルクシフトゲートは、クロック状態の量子ビットと直接組み合わせることができない。クロック状態の量子ビットの使用は、量子ビットの磁場ノイズに対する感度を低減又は排除することができる。提案されるＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートに使用される近接離調（ｎｅａｒ−ｄｅｔｕｎｉｎｇ）により、高忠実度ゲートの例示的な最先端の速度（＜１００マイクロ秒）を達成することは、Ｄ状態がゲート動作中に占有されることをもたらす。しかしながら、ゲート忠実度に対するこの占有率の効果は、パルス整形技術を使用して低減又は排除され得る。例えば、ゲート動作を実施するために１つ以上のイオンに提供される１つ以上の操作ソースのパルスは、ゲート動作の完了後にＤ状態に残っているイオンのゲート忠実度に対する効果を低減又は排除するように整形され得る。一例として、１００μｓのゲートは、およそ４μｓのｓｉｎ^２（ｔ）を使用して操作信号のオン／オフを行うことによって、残りのＤ状態の占有率による、＜１０^−４エラーで実施され得る。

例示的な量子コンピュータシステム
図１は、例示的な量子コンピュータシステム１００のブロックダイアグラムを提供する。様々な実施形態において、量子コンピュータシステム１００は、計算エンティティ１０と、量子コンピュータ１１０と、を備える。様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、コントローラ３０と、イオントラップ５０を封入する極低温及び／又は真空チャンバ４０と、磁場発生装置７０と、１つ以上の操作ソース６４（例えば、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ）と、を備える。１つ以上のイオンをイオントラップ５０内にトラップして、量子コンピュータ１１０の量子ビットとして作用させることができる。例示的な実施形態では、１つ以上の操作ソース６４は、１つ以上のレーザ（例えば、光学レーザなど）、マイクロ波場ソースなどを含み得る。様々な実施形態において、１つ以上の操作ソース６４は、イオントラップ５０内の１つ以上のイオン（例えば、量子ビット）の制御された量子状態発展を操作及び／又は引き起こすように構成されている。例えば、１つ以上の操作ソース６４が１つ以上のレーザを含む例示的な実施形態では、レーザは、１つ以上のレーザビームを、極低温及び／又は真空チャンバ４０内のイオントラップ５０に提供し得る。様々な実施形態において、操作ソース６４を使用して、ゲート動作、冷却動作、漏れ抑制動作などを実施するために使用される操作信号を発生させることができる。例示的な実施形態では、１つ以上の操作ソース６４は各々、対応するビーム経路６６（例えば、６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ）を介して、レーザビームなどをイオントラップ５０に提供する。様々な実施形態において、少なくとも１つのビーム経路６６は、ビーム経路６６を介してイオントラップ５０に提供される操作信号を変調するように構成された変調器を備える。様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０の操作ソース６４、変調器、及び／又は他の構成要素は、コントローラ３０によって制御される。様々な実施形態において、磁場発生装置７０は、イオントラップ５０内にトラップされたイオン（例えば、量子ビット）が経験する磁場５５を発生させるための、電圧源（例えば、電流ドライバ若しくは電圧ドライバ）、１つ以上の永久磁石、及び／又はそれらの組み合わせに連結された回路機構を備え得る。

様々な実施形態において、計算エンティティ１０は、ユーザが、入力を（例えば、計算エンティティ１０のユーザインターフェースを介して）量子コンピュータ１１０に提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信すること、視認することなどを可能にするように構成される。計算エンティティ１０は、１つ以上の有線若しくは無線ネットワーク２０を介して、並びに／又は直接有線及び／若しくは無線通信を介して、量子コンピュータ１１０のコントローラ３０と通信し得る。例示的な実施形態では、計算エンティティ１０は、構成、フォーマットなどの情報／データ、量子計算アルゴリズムなどを、コントローラ３０が理解及び／若しくは実装し得るコンピュータ言語、実行可能な命令、コマンドセットなどに変換することができる。

様々な実施形態において、コントローラ３０は、イオントラップ５０及び／若しくはイオントラップ５０内のイオンの移送を制御する電気信号ソース並びに／又はドライバ、極低温及び／若しくは真空チャンバ４０内の温度及び圧力を制御する極低温システム並びに／又は真空システム、操作ソース６４、並びに／又は極低温及び／若しくは真空チャンバ４０内の環境条件（例えば、温度、湿度、圧力など）を制御する他のシステムを制御するように構成され、かつ／又はイオントラップ５０内の１つ以上のイオンの量子状態の制御された発展を操作し、かつ／又は発展を引き起こすように構成される。様々な実施形態において、イオントラップ５０内にトラップされたイオンは、量子コンピュータ１１０の量子ビットとして使用される。

例示的なＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの概要
様々な実施形態は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実施するための方法、並びにＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態を実装するように構成及び／又はプログラムされた量子コンピュータ、システム、及び／又は器具を提供する。様々な実施形態において、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実施することは、１つ以上の操作信号を、量子コンピュータ１１０のイオントラップ５０内にトラップされた１つ以上のイオン（例えば、２つのイオン）に加えることを含む。例えば、コントローラ３０は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実施するために、１つ以上の操作ソースに、１つ以上の操作信号を、イオントラップ５０内にトラップされた１つ以上のイオン（例えば、２つのイオン）に提供させることができる。

様々な実施形態において、イオントラップ５０内にトラップされたイオンは、^１７１Ｙｂ＋であってもよいが、他の電子的に類似するイオンであってもよい。本明細書で使用される場合、これらの電子的に類似するイオンは、１価にイオン化され、１価の価電子、低位Ｄ状態を有し、奇数の同位体を有し得る。^１７１Ｙｂ＋と電子的に類似するイオンの例としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、又は他の電子的に類似するイオンを挙げることができる。本明細書で使用される場合、「低位Ｄ状態」という用語は、Ｄ状態が対応するＰ状態より低いエネルギーレベルを有することを示唆する。本明細書ではイオンという用語が使用されているが、トラップ５０内にトラップされるオブジェクトは、低位Ｄ状態を有する他の原子オブジェクト（例えば、原子）であってもよく、それらに対してＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの様々な実施形態を実行に移すことができる。

様々な実施形態において、２つのレベルの量子ビット空間が定義される。例示的な実施形態では、２つのレベルの量子ビット空間の２つのレベルは、同じ一次量子数及び磁気量子数を有し得る。例えば、２つのレベルの量子ビット空間の２つのレベルは、イオンの超微細レベルであり得る。例示的な実施形態では、２つのレベルの量子ビット空間の第１のレベル（例えば、｜↓＞）は、Ｆ＝０、ｍ＝０、^２Ｓ_１／２状態であり得、２つのレベルの量子ビット空間の第２のレベル（例えば、｜↑＞）は、Ｆ＝１、ｍ＝０、^２Ｓ_１／２状態であり得る。様々な実施形態は、状態の異なるペアとして、量子ビット空間を定義し得る。例えば、例示的な実施形態では、量子ビット空間は、Ｃａ、Ｓｒ、又はＢａ中の非ゼロ磁場クロック状態として定義され得る。様々な実施形態において、１つ以上の操作信号（例えば、ゲート操作信号）を使用して、２つのレベルの量子ビット空間のうちの少なくとも１つのレベルを、^２Ｄ_３／２多様体及び／又は^２Ｄ_５／２多様体のうちの少なくとも１つの状態に連結することができる。

様々な実施形態において、２つのスピン依存力（ｓｐｉｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ−ｆｏｒｃｅ、ＳＤＦ）のパルスを、中速量子ビットの回転パルス（例えば、πパルス）と共に、１つ以上の量子ビットに加えることを含むゲートが提供される。かかるゲートは、ＳＤＦパルスを加えることによって引き起こされる任意の望ましくないＡＣシュタルクシフトの相殺を可能にする利点を提供する。様々な実施形態において、少なくとも１つのＳＤＦパルスを１つ以上の量子ビットに加えることを含むゲートが提供される。例えば、例示的な実施形態例では、１つのＳＤＦパルスのみを１つ以上の量子ビットに加えることを含むゲートが提供される。別の実施例では、例示的な実施形態において、３つ以上のＳＤＦパルスを１つ以上の量子ビットに加えることを含むゲートが提供される。

図２は、例示的な実施形態による、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実施するために、例えば、量子コンピュータ１１０のコントローラ３０によって実施される処理、手順、動作などを例示するフローチャートを提供する。図３は、例示的な実施形態の状態遷移ダイアグラムを提供し、図７は、別の例示的な実施形態の状態遷移ダイアグラムを提供する。ステップ／動作２０２で始まり、ゲート動作が開始される。例えば、コントローラ３０は、ゲート動作を開始することができる。例えば、コントローラ３０は、１つ以上のコマンドを（例えば、スケジュールされたコマンドの待ち行列から）実行して、ゲート動作を開始することができる。例示的な実施形態では、ゲート動作を開始することは、ゲートに対応する１つ以上のパラメータにメモリ（例えば、メモリ１１１０）からアクセスすること、１つ以上の操作ソース６４（例えば、光学レーザ、マイクロ波場ソースなど）をオンにすること及び／若しくは暖機運転することなどを含み得る。

ステップ／動作２０４において、コントローラ３０は、任意選択的に、量子ビット回転操作ソース６４Ａに、第１の分析操作信号を１つ以上のイオン（例えば、２つのイオン）に提供させる。様々な実施形態において、第１の分析操作信号は、π／２パルスである。例えば、π／２パルスは、可視レーザパルス、マイクロ波場／パルスなどであり得る。例示的な実施形態では、第１の分析操作信号は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの動作を分析することに対応する診断手順の一部であり得る。

ステップ／動作２０６において、コントローラ３０は、第１及び第２のゲート操作ソース６４Ｂ、６４Ｃに、第１のスピン依存力（ＳＤＦ）パルスを提供させる。様々な実施形態において、第１のＳＤＦパルスは、第１のゲート操作ソース６４Ｂによって発生した第１のゲート操作信号と、第２のゲート操作ソース６４Ｃによって発生した第２のゲート操作信号とを含む、複合パルスである。例示的な実施形態例では、第１及び第２のゲート操作信号は、単一のゲート操作ソースによって発生する。例えば、例示的な実施形態では、第１のゲート操作ソース６４Ｂは、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号の両方を発生させて提供する。例えば、第１及び第２のゲート操作信号は、単一のレーザ信号の変調であり得る。

様々な実施形態において、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作ソースは、第１のＳＤＦパルスを提供するように相互作用し得る。様々な実施形態において、イオンに第１のＳＤＦパルスを入射したときに、イオンは力を経験する。イオンが経験する力は、イオンの内部状態に依存する。例えば、第１及び第２のゲート操作信号は、イオンがＳ状態のセット内の特定の状態にあることが条件とされている各イオンに力を加えるように構成される。例えば、イオンがＳ_１／２多様体の第１の内部状態にある場合、イオンは、イオンに第１のＳＤＦパルスを入射したとき、及びイオンがＳ_１／２多様体の第２の内部状態（第１の初期状態とは異なる）にあるときに第１の力を経験し、イオンは、イオンに第１のＳＤＦパルスを入射したときに第２の力を経験し、第１の力と第２の力は異なる。例えば、第１のＳＤＦパルスは、量子ビット空間のうちの一方の状態を、Ｄ_３／２又はＤ_５／２多様体のうちの１つ以上の状態に強く連結し、量子ビット空間のうちの他方の状態を、Ｄ_３／２又はＤ_５／２多様体の状態に弱く連結し得る。例示的な実施形態では、第１のＳＤＦパルスは、量子ビット空間内のイオン及び／又はＳ_１／２多様体の状態の占有率を明らかに変化させることなく、イオンの１つ以上の内部状態をイオンの運動状態に連結するように構成される。例示的な実施形態では、第１及び第２のゲート操作信号は、１つ以上のイオンの内部状態をそれらの運動状態に連結する一方で、Ｓ状態のセット（すなわち、２量子ビットレベル）の各々における１つ以上のイオンの占有率を高精度に維持するように構成される。

本明細書では、「量子ビット空間内のイオン及び／又はＳ_１／２多様体の状態の占有率を明らかに変化させることなく」という言い回しは、イオンの占有率がＳ状態のセット内の状態（例えば、Ｓ_１／２多様体の状態及び／又は量子ビット空間の状態）間で明らかに移動しないことを意味する。例えば、様々な実施形態は、Ｍｏｌｍｅｒ Ｓｏｒｅｎｓｅｎゲートではなく、ＡＣシュタルクシフトゲートを提供する。様々な実施形態において、量子ビット空間（例えば、｜↑＞及び｜↓＞）を定義する２つのＳ状態は、ゲート中におよそ固定された占有率を有する。例示的な実施形態では、レーザ連結による占有率の転送は、非常に小さい（例えば、例示的な実施形態では、イッテルビウムイオンの場合、１０^−６又は１０^−７のレベル）。様々な実施形態において、ゲート中のＤ状態からの自発的な減衰により、Ｓ多様体内の非量子ビット状態（例えば、量子ビット空間内に存在しないＳ_１／２多様体内の状態）への占有率の何らかの転送があり、これは、ゲート動作中の１０^−５〜１０^−４レベルにおけるＳ状態内の占有率の転送を引き起こす。しかしながら、レーザ連結による任意の占有率の転送は、量子ビット空間から漏れているイオンの（同様に非常に小さい）エラーと比較して、無視できるほど小さい。したがって、「高精度」とは、レーザ連結によって誘起された占有率の転送が、ゲート中の自発的放出による占有率の転送をはるかに下回ることを意味し、これは、既に１０^−４レベル未満である。

様々な実施形態において、第１のゲート操作信号は、第１のレーザ波長によって特徴付けられ、第２のゲート操作信号は、第２のレーザ波長によって特徴付けられ、第１及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で対称的に離調される。様々な実施形態において、第１及び第２のゲート操作信号は、ビートノート周波数μ_１＝ω_ｇａｔｅ＋δによって互いに離調される。様々な実施形態において、第１のＳＤＦは、ビートノート周波数μ_１で発振し、これは、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅからδだけ離調された周波数であり、δは、正であっても、負であってもよい。様々な実施形態において、δ（例えば、｜δ｜）の絶対値は、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅのおよそ０．１％〜１０％の範囲内である。様々な実施形態において、δは、およそ数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚである。例示的な実施形態では、ω_ｇａｔｅは、およそ２ＭＨｚのイオン結晶（例えば、ゲートモードと呼ばれる）の１つの通常モードの周波数に対応する。様々な実施形態において、第２及び第３の操作ソース６４Ｂ、６４Ｃは、ゲートレーザ（例えば、量子論理ゲートを１つ以上のイオンに加えるように構成されたレーザ）であり得る。

様々な実施形態において、第１及び第２のゲート操作信号は、可視スペクトル波長レーザ信号、ビーム、パルス、パルスのセットなどである。例示的な実施形態では、第１及び第２のゲート操作信号は、赤外線若しくはＵＶ波長レーザ信号、ビーム、パルス、パルスのセットなどである。例えば、例示的な実施形態では、第１及び第２のゲート操作信号は、波長λ_０≒４３５ｎｍによって特徴付けられる。例示的な実施形態では、第１及び／又は第２のゲート操作信号は、およそ４μｓのｓｉｎ^２（ｔ）の上昇及び下降変調を含むようにパルス整形変調を介して整形される。例示的な実施形態では、イオンは、イッテルビウム１７１を含み、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号は、およそ４３５ｎｍのレーザパルスを含む。様々な実施形態において、第１及び第２のゲート操作信号は、適用に適切なように、共伝播（例えば、平行方向への伝播）、非共伝播（例えば、非平行方向への伝播）、直交及び／若しくは垂直方向への伝播、並びに／又は逆伝播（例えば、反対方向への伝播）であり得る。

ステップ動作２０８において、コントローラ３０は、量子ビット回転操作ソース６４Ａに、量子ビット回転操作信号を１つ以上のイオン（例えば、２つのイオン）に提供させる。様々な実施形態において、量子ビット回転操作信号は、πパルスである。例えば、量子ビット回転信号は、（例えば、ブロッホ球の）ｘｙ平面の軸線を中心として角度πラジアンだけ量子ビット回転（例えば、量子ビットの状態を表現するブロッホベクトルのブロッホ球上の回転）を引き起こし得る。例示的な実施形態では、量子ビット回転操作信号によって引き起こされる量子ビット回転は、ゲートに付随する不要な回転を別様に引き起こすであろう任意の単一イオンのＡＣシュタルクシフトの相殺をもたらす。例えば、πパルスは、可視レーザパルス、マイクロ波場／パルスなどであり得る。様々な実施形態において、ステップ／動作２０４で分析操作信号を提供する量子ビット回転操作ソース６４Ａは、ステップ／動作２０８で量子ビット回転操作信号を提供する量子ビット回転操作ソース６４Ａと同じ又は異なる量子ビット回転操作ソース６４Ａであり得る。

ステップ／動作２１０において、コントローラ３０は、第１及び第２のゲート操作ソース６４Ｂ、６４Ｃに、第２のＳＤＦパルスを提供させる。様々な実施形態において、第２のＳＤＦパルスは、第１のゲート操作ソース６４Ｂによって発生した第３のゲート操作信号と、第２のゲート操作ソース６４Ｃによって発生した第４のゲート操作信号と、を含む、複合パルスである。例示的な実施形態例では、第１及び第２のゲート操作信号は、単一のゲート操作ソースによって発生する。例えば、例示的な実施形態では、第１のゲート操作ソース６４Ｂは、第１のゲート操作信号及び第２のゲート操作信号の両方を発生させて提供する。例えば、第３及び第４のゲート操作信号は、単一のレーザ信号の変調であり得る。

様々な実施形態において、第３のゲート操作信号及び第４のゲート操作ソースは、第２のＳＤＦパルスを提供するように相互作用し得る。様々な実施形態において、イオンに第２のＳＤＦパルスを入射したときに、イオンは力を経験する。イオンが経験する力は、イオンの内部状態に依存する。例えば、第１及び第２のゲート操作信号は、イオンがＳ状態のセット内の特定の状態にあることが条件とされている各イオンに力を加えるように構成される。例えば、イオンがＳ_１／２多様体の第１の内部状態にある場合、イオンは、イオンに第２のＳＤＦパルスを入射したとき、及びイオンがＳ_１／２多様体の第２の内部状態（第１の初期状態とは異なる）にあるときに第１の力を経験し、イオンは、イオンに第２のＳＤＦパルスを入射したときに第２の力を経験し、第１の力と第２の力は異なる。例えば、第２のＳＤＦパルスは、量子ビット空間のうちの一方の状態を、Ｄ_３／２又はＤ_５／２多様体のうちの１つ以上の状態に強く連結し、量子ビット空間のうちの他方の状態を、Ｄ_３／２又はＤ_５／２多様体の状態に弱く連結し得る。例示的な実施形態では、第２のＳＤＦパルスは、量子ビット空間内のイオン及び／又はＳ_１／２多様体の状態の占有率を明らかに変化させることなく、イオンの１つ以上の内部状態をイオンの運動状態に連結するように構成される。第３及び第４のゲート操作信号は、１つ以上のイオンの内部状態を当該イオンの運動状態に連結する一方で、Ｓ状態のセット（すなわち、２量子ビットレベル）の各々における１つ以上のイオンの占有率を高精度に維持するように構成される。

様々な実施形態において、第３のゲート操作信号は、第１のレーザ波長によって特徴付けられ、第４のゲート操作信号は、第２のレーザ波長によって特徴付けられ、第１及び第２のレーザ波長は、Ｄ状態のセットの超微細多様体内で対称的に離調される。様々な実施形態において、第１及び第２のゲート操作信号は、ビートノート周波数μ_２＝ω_ｇａｔｅ＋／−δによって互いに離調される。様々な実施形態において、第２のＳＤＦは、ビートノート周波数μ_２で発振し、これは、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅから＋／−δだけ離調された周波数である。様々な実施形態において、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅ及び離調周波数δの大きさは、ステップ／動作２０６のものと同じである。例示的な実施形態では、ゲートモードからのμ_２の離調のサインは、ステップ／動作２１０では、ステップ／動作２０６のゲートモードからのμ_１の離調のサインとは異なる場合がある。例えば、第１のＳＤＦパルスは、ω_ｇａｔｅからδだけ離調され得、第２のＳＤＦパルスは、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅから＋／−δだけ離調され得る。様々な実施形態において、第１及び第２のゲート操作ソース６４Ｂ、６４Ｃは、ゲートレーザ（例えば、量子論理ゲートを１つ以上のイオンに加えるように構成されたレーザ）であり得る。様々な実施形態において、第３のゲート操作信号を提供する第１のゲート操作ソース６４Ｂは、第１のゲート操作信号を提供する同じ又は異なる第１のゲート操作ソース６４Ｂである。様々な実施形態において、第２のゲート操作信号を提供する第２のゲート操作ソース６４Ｃは、第４のゲート操作信号を提供する同じ又は異なる第２のゲート操作ソース６４Ｃである。様々な実施形態において、第３及び第４のゲート操作信号は、可視スペクトル波長レーザ信号、ビーム、パルス、パルスのセットなどである。例示的な実施形態では、第３及び第４のゲート操作信号は、赤外線若しくはＵＶ波長レーザ信号、ビーム、パルス、パルスのセットなどである。例示的な実施形態では、第３及び／又は第４のゲート操作信号は、およそ４μｓのｓｉｎ^２（ｔ）の上昇及び下降変調を含むようにパルス整形変調を介して整形される。例示的な実施形態では、イオンは、イッテルビウム１７１を含み、第３のゲート操作信号及び第４のゲート操作信号は、およそ４３５ｎｍのレーザパルス（例えば、λ_０≒４３５ｎｍ）を含む。様々な実施形態において、第３及び第４のゲート操作信号は、適用に適切なように、共伝播（例えば、平行方向への伝播）、非共伝播（例えば、非平行方向への伝播）、直交及び／若しくは垂直方向への伝播、並びに／又は逆伝播（例えば、反対方向への伝播）であり得る。

ステップ動作２１２において、コントローラ３０は、任意選択的に、量子ビット回転操作ソース６４Ａに、第２の分析操作信号を１つ以上のイオン（例えば、２つのイオン）に提供させる。様々な実施形態において、第２の分析操作信号は、π／２パルスである。例えば、π／２パルスは、可視レーザパルス、マイクロ波場／パルスなどであり得る。様々な実施形態において、ステップ／動作２０４で第１の分析操作信号を提供し、かつ／又はステップ／動作２０８で量子ビット回転操作信号を提供する量子ビット回転操作ソース６４Ａは、ステップ／動作２１２で第２の分析操作信号パルスを提供する量子ビット回転操作ソース６４Ａと同じ又は異なる量子ビット回転操作ソース６４Ａであり得る。例示的な実施形態では、第２の分析操作信号は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの動作を分析することに対応する診断手順の一部であり得る。

ステップ／動作２１４において、コントローラ３０は、ゲート動作が完了したことを判定し得る。例えば、コントローラ３０は、ゲート動作が実施されたことを示唆するように、（例えば、メモリ１１１０に記憶された）ログを更新することができる。様々な実施形態において、ログは、１つ以上の量子ビット記憶を含むことができ、ゲート動作によってアドレス指定された量子ビット及び／又はイオンに対応する量子ビット記憶を更新して、ゲート動作が実施されたことを示唆することができる。

ここで、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの２つの例示的な実施形態をより詳細に説明する。Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの図３〜図６に関して記載される例示的な実施形態は、超微細多様体の外側で離調され、図７〜図１０に関して記載される別の例示的な実施形態は、超微細多様体内で対称的に離調される。第１及び第２の例示的な実施形態の両方は、励起状態及び接地状態の選択時にわずかに異なる偏差で実施され得る。様々な実施形態において、Ｓ_１／２（Ｆ＝０）→Ｄ_３／２（Ｆ＝１）遷移は禁止されている。図３〜図６に関して記載される例示的な実施形態は、イオンの全ての運動サイドバンドと遠隔共鳴するという利点を有する。図７〜図１０に関して記載される例示的な実施形態は、組み合わせで第１のＳＤＦパルス（又は第２のＳＤＦパルス）を提供する、２つのトーン（例えば、第１及び第２のゲート操作信号３３０Ａ及び３３０Ｂ若しくは７３０Ａ及び７３０Ｂ（又は第３及び第４のゲート操作信号））のみを使用して、時間非依存型ＡＣシュタルクシフトをゼロにするという利点を有する。

Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態
図３〜図６は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態を例示する様々なダイアグラムを提供する。例えば、図３は、例示的な実施形態による、状態遷移ダイアグラムを提供し、図４は、例示的な実施形態による、表面イオントラップ内にトラップされたイオンに対する例示的なゲートの性能を示す概略ダイアグラムを提供し、図５は、例示的な実施形態による、位相ゲートプロトコルのブロッホ球表現を示すブロックダイアグラムを提供し、図６は、例示的な実施形態例による、性能測定結果を提供する。

図３のダイアグラム３００は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態が、遷移波長λ_０で操作信号３３０（例えば、３３０Ａ、３３０Ｂ、ＳＤＦパルス）を使用して、２つのレベルの量子ビット空間を含むＳ_１／２多様体３２０をＤ_３／２多様体３１０にどのように連結するかを示す。ゲート操作信号３３０によって、Ｄ_３／２多様体３１０の実線で表現される状態（例えば、Ｆ＝２、ｍ＝−２、０、２、Ｄ_３／２状態）に連結されている、Ｓ_１／２多様体３２０の実線で表現される状態（例えば、Ｆ＝０、ｍ＝０、Ｓ_１／２状態、及びＦ＝１、ｍ＝０、Ｓ_１／２状態）。ゲート操作信号３３０を介して連結されていないＤ_３／２多様体３１０及びＳ_１／２多様体３２０の状態は、点線で示される。様々な実施形態において、量子ビット空間の一方の状態（例えば、｜↓＞）は、Ｄ_３／２多様体３１０の少なくとも１つの状態に近接共鳴的に（ひいては、強く）連結し、量子ビット空間の他方の状態（例えば、｜↑＞）は、Ｄ_３／２多様体３１０の状態に遠隔共鳴的に（ひいては、弱く）連結する。したがって、ＳＤＦパルスを加えることにより、量子ビット空間内のイオンに対する状態依存力が発生する。例えば、量子ビット空間の｜↓＞状態のイオンは力を経験するが、量子ビット空間の｜↑＞状態のイオンは、イオンにＳＤＦパルスを入射したときにほとんど力を経験しない。

例示的な実施形態では、遷移波長は、λ_０＝４３５ｎｍである。ダイアグラム３００は、１価にイオン化されたイッテルビウム１７１（^１７１Ｙｂ＋）を有するトラップされたイオンアーキテクチャのレベルのスキームを示すが、同様のレベルのスキームが電子的に類似するイオンに適用される。本明細書で使用される場合、これらの電子的に類似するイオンは、１価にイオン化され、１価の価電子を有し、奇数の同位体を有し、低位Ｄ状態を有し得る。^１７１Ｙｂ＋と電子的に類似するイオンの例としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、又は他の電子的に類似するイオンを挙げることができる。一実施例では、^１７１Ｙｂ＋は、遷移波長λ_０＝４３５ｎｍによって特徴付けられる操作信号を使用して、Ｓ_１／２多様体３２０をＤ_３／２多様体３１０に連結することができる。

表２は、このＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートに関するいくつかの性能分析推定値を示す。様々な実施形態において、ゲート時間は、（例えば、図２に記載及び／又は例示されるように）ゲート動作を実施する時間に対応する。様々な実施形態において、残りのモード占有率は、ゲート動作の完了時に元の運動状態に戻らないイオンの可能性に対応する。忠実度測定は、ゲート動作の忠実度を示唆する。自発的放出確率は、イオンが、ゲート動作の実施中に自発的放出によってＤ_３／２多様体３１０から脱励起する確率を示唆する。

図４は、一実施形態による、ゲート動作の幾何学的構成４００を示すブロックダイアグラムである。イオントラップ５０を使用して、本明細書に記載されるＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実装することができる。イオントラップ５０を使用して、^１７１Ｙｂ＋又は電子的に類似するイオンなどのイオン５２（例えば、５２Ａ、５２Ｂ）をトラップすることができる。イオントラップ５０は、１つ以上の操作ソースと（例えば、ビーム経路６６を介して）連結される。例えば、第１のゲート操作ソース６４Ｂは、第１のゲート操作信号４２０を発生させることができる。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号４２０は、様々な実施形態において、π／２可視光又はマイクロ波場／パルスである第１の分析操作信号を加えた後、及び第２のゲート操作信号４３０とおよそ同時に加えられる。様々な実施形態において、第１及び第２の操作信号は、ビートノート周波数μによって互いに離調される。例示的な実施形態例では、第１のゲート操作信号４２０の分極４２５は、ページの平面内にある。例えば、第２のゲート操作ソース６４Ｃは、第２のゲート操作信号４３０を発生させることができる。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号４３０の分極４３５は、ページの平面内にある。様々な実施形態において、第１及び第２のゲート操作信号は一緒になって第１のＳＤＦパルスを形成する。一実施例では、２量子ビットゲートは、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０の両方を使用するが、単一量子ビットゲートが、第１又は第２のゲート操作信号４２０、４３０のうちの１つを使用して実装されてもよく、マイクロ波操作信号（例えば、マイクロ波場／パルス）に対処する追加のマイクロ波を、第１又は第２のゲート操作信号４２０、４３０のうちの１つと組み合わせて加えることができる。第１のゲート操作信号４２０及び第２のゲート操作信号４３０は、互いに対して横断するように配置され得る。本明細書で使用される場合、「横断」という用語は、平行ではないことを意味する。例えば、第１の操作ゲート信号４２０及び第２のゲート操作信号４３０は、互いに伝播せず、ひいては、互いに横断する。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号４２０及び第２のゲート操作信号４３０は、互いに対しておよそ及び／又は実質的に垂直に及び／又は直交するように配置され得る。一実施例では、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０は、イオントラップ５０の表面の平面内で線形分極する（例えば、４２５、４３５）。例示的な実施形態では、第３のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号４２０と幾何学的に実質的に同じであってもよく、第４のゲート操作信号は、第２のゲート操作信号４３０と幾何学的に実質的に同じであってもよい。例えば、第３のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号４２０の分極４２５と実質的に同様に、イオントラップ５０の表面の平面内に線形分極を有し得る。例えば、第４のゲート操作信号は、第２のゲート操作信号４３０の分極４３５と実質的に同様に、イオントラップ５０の表面の平面内に線形分極を有し得る。しかしながら、例示的な実施形態例では、単一量子ビットゲートを実施するとき、第３及び第４のゲート操作信号は一緒になって第２のＳＤＦパルスを形成し、第２のＳＤＦパルスは、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０の組み合わせによって形成された第１のＳＤＦパルスの周波数よりもおよそ２δ多いか又はそれ未満の周波数を有する。様々な実施形態において、第３及び第４のゲート操作信号は一緒になって第２のＳＤＦパルスを形成し、第２のＳＤＦパルスは、２量子ビットゲートを実装するとき、第１のＳＤＦパルスにおよそ等しい周波数によって特徴付けられる。様々な実施形態において、第３及び第４の操作信号は、ビートノート周波数μによって互いに離調される。様々な実施形態において、第１、第２、第３、及び／又は第４の操作信号は、残りのＤ多様体の占有率を低減するように構成された整形パルスであり得る。

^１７１Ｙｂ＋中でＳ_１／２多様体をＤ_３／２多様体に連結するために、２量子ビットのＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートは、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０であって、これらの組み合わせが、第１のＳＤＦパルスである、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０と、第２及び第３のゲート操作信号であって、これらの組み合わせが、第２のＳＤＦパルスであり、第２のＳＤＦパルスが、およそ遷移波長λ_０で動作する、第２及び第３のゲート操作信号と、を含む。例えば、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０（並びに第３及び第４のゲート操作信号）は、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０（並びに第３及び第４のゲート操作信号）の相互作用がμ＝ω_ｇａｔｅ＋δのビートノート周波数をもたらすように、互いに離調され得る。このビートノート周波数は、第１／第２のＳＤＦの発振周波数である。様々な実施形態において、ビートノート周波数は、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅから＋δだけ離調されるように選択され、δは、およそ数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲内である。例示的な実施形態では、遷移波長は、λ_０≒４３５ｎｍである。遷移波長λ_０≒４３５ｎｍが、^１７１Ｙｂ＋を使用する動作のために使用されるが、異なる波長のレーザが、他の電子的に類似するイオンに使用されるであろう。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号３３０Ａの周波数（例えば、およそｃ／λ_０、式中、ｃは、光の速度である）、及びＤ_３／２多様体の基準状態の周波数は、オフセット周波数Δだけ互いからオフセットされる。例示的な実施形態では、オフセット周波数は、Δ≒１２ＭＨｚである。例示的な実施形態では、第１及び第２のＳＤＦパルスは、Ｆ＝２、ｍ＝−２、０、＋２、^２Ｄ_３／２状態に連結する。

イオントラップ５０は、磁場５５を発生させる磁場発生装置を含み得る。一実施例では、磁場５５は、およそ５ガウスの磁場を提供し得るが、他の磁場値が使用されてもよい。このＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートは、第１及び第２のゲート操作信号４２０、４３０並びに第３及び第４のゲート操作信号と組み合わせて磁場５５を発生させることによって実装され得る、２量子ビットゲートを提供し得る。

図５は、例示的な実施形態による、位相ゲートプロトコル５００のブロッホ球表現を示すブロックダイアグラムである。特に、プロトコル５００は、記載される２量子ビットのＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実装するように拡張され得る、２量子ビットゲート戦略を使用して単一量子ビットゲートを動作させることを実証する。プロトコル５００は、｜Ψ＞＝｜↓＞を表現する第１の状態５１０で開始し得る。ステップ／動作２０４に関して記載されるように、第１の分析操作信号（例えば、π／２レーザ又はマイクロ波場／パルス）を任意選択的に加えて、第１の状態５１０から、（｜↓＞＋｜↑＞）／√２を表現する第２の状態５２０まで遷移させることができる。次いで、ステップ／動作２０６に関して記載されるように、第１及び第２のゲート操作ソースを使用して、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅから＋δだけ離調された周波数で発振する第１のＳＤＦを加え、第１のＳＤＦは、５２０で表現される状態を、５３０で表現される新しい状態（ｅ^{ｉ（Φ＋φ} _ａｃ ^）｜↓＞＋｜↑＞）／√２に変換する。ステップ／動作２０８に関して記載されるように、量子ビット回転操作信号（例えば、πレーザパルス）を加えて、第３の状態５３０から、（｜↓＞＋ｅ^{ｉ（Φ＋φ} _ａｃ ^）｜↑＞）／√２を表現する第４の状態５４０まで遷移させることができ、式中、φ_ａｃは、イオンが経験するＡＣシュタルクシフトであり、Φは、ＳＤＦパルスによって与えられる幾何学的位相である。ステップ／動作２１０に関して記載されるように、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅから−δだけ離調された（例えば、第３及び第４のゲート操作信号の組み合わせから発生した）第２のＳＤＦパルスを加えて、第４の状態５４０から、ｅ^（ｉφ _ａｃ ^）（ｅ^−ｉΦ｜↓＞＋ｅ^ｉΦ｜↑＞）／√２を表現する第５の状態５５０まで遷移させることができる。最後に、第２の分析操作信号（例えば、π／２レーザパルス）を任意選択的に加えて、第５の状態５５０から、｜Ψ_ｆ＞＝ｃｏｓΦ｜↓＞＋ｓｉｎΦ｜↑＞を表現する第６の状態５６０まで遷移させることができる。以下の図６に記載されるように、第６の状態５６０は、Ｐ_{ｂｒｉｇｈｔ}＝｜＜↑｜Ψ_ｆ＞｜^２＝ｃｏｓ^２Φのブライト／アップ状態の確率に対応する。

図６は、例示的な実施形態で達成された性能測定結果６００を例示する。結果６００は、測定スキーム６１０及び対応する性能プロット６２０を示す。プロット６２０は、ゲート操作ソースのパワーレベルの関数としてのブライト／アップ状態の確率を示す。特に、プロット６２０は、測定されたデータポイント６３０、理想的な理論上のブライト／アップ状態の確率曲線６４０、及び１０００量子／秒の、独立して測定された速度での加熱効果を含むことによって導出される理論上のブライト／アップ状態の曲線６５０、を示す。プロット６２０に示されるように、類似性は、関連付けられた忠実度Ｆ_π＝８７（１）％で、データと理論（独立して測定された加熱が含まれる）との間の良好な一致を示し、これは、幾何学的位相ゲートに期待される挙動の一貫性を実証する。追加的に、データは、〜１３％の不忠実度（例えば、１−Ｆ_π）がほぼ完全に加熱によるものであることと一貫しており、これは、奇数パリティゲートモードを使用することによって、２量子ビットゲートの場合ほぼ排除されることになる。

Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの別の例示的な実施形態
図７〜図１０は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態を例示する様々なダイアグラムを提供する。図７は、別の例示的な実施形態による、状態遷移ダイアグラムを提供し、図８は、例示的な実施形態による、表面イオントラップ内にトラップされたイオンに対する例示的なゲートの性能を示す概略ダイアグラムを提供し、図９は、例示的な実施形態による、位相ゲートプロトコルの表現を示すブロックダイアグラムを提供し、図１０は、例示的な実施形態例による、性能測定結果を例示するプロットを提供する。

図７のダイアグラム７００は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態が、遷移波長λ_０で１つ以上の操作信号７３０（例えば、７３０Ａ、７３０Ｂ、これらを組み合わせてＳＤＦパルスを提供する）を使用して、２つのレベルの量子ビット空間５４を含むＳ_１／２多様体７２０をＤ_３／２多様体７１０にどのように連結するかを示す。状態は、ゲート操作信号７３０によって、Ｄ_３／２多様体７１０の実線で表現される状態（例えば、Ｆ＝１、ｍ＝−１、１、Ｄ_３／２状態）に連結されている、Ｓ_１／２多様体７２０の実線で表現される（例えば、Ｆ＝０、ｍ＝０、Ｓ_１／２状態、及びＦ＝１、ｍ＝０、Ｓ_１／２状態）。ゲート操作信号７３０を介して連結されていないＤ_３／２多様体７１０及びＳ_１／２多様体７２０の状態は、点線で示される。様々な実施形態において、量子ビット空間の一方の状態（例えば、｜↑＞）は、Ｄ_３／２多様体７１０のうちの少なくとも１つの状態に強く連結し、量子ビット空間の他方の状態（例えば、｜↓＞）は、Ｄ_３／２多様体７１０の状態に弱く連結する。したがって、ＳＤＦパルスを加えることにより、量子ビット空間内のイオンに対する状態依存力が発生する。例えば、量子ビット空間の｜↓＞状態のイオンは、イオンにＳＤＦパルスを入射したときの量子ビット空間の｜↑＞状態のイオンとは異なる力を経験する。

例示的な実施形態では、遷移波長は、λ_０＝４３５ｎｍである。ダイアグラム７００は、１価にイオン化されたイッテルビウム１７１（^１７１Ｙｂ＋）を有するトラップされたイオンアーキテクチャのレベルのスキームを示すが、同様のレベルのスキームが電子的に類似するイオンに適用される。本明細書で使用される場合、これらの電子的に類似するイオンは、１価にイオン化され、１価の価電子、低位Ｄ状態を有し、奇数の同位体を有し得る。^１７１Ｙｂ＋と電子的に類似するイオンの例としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、又は他の電子的に類似するイオンを挙げることができる。一実施例では、^１７１Ｙｂ＋は、遷移波長λ_０≒４３５ｎｍによって特徴付けられる操作信号を使用して、Ｓ_１／２多様体７２０をＤ_３／２多様体７１０に連結することができる。

図８は、一実施形態による、ゲート動作の幾何学的構成８００を示すブロックダイアグラムである。イオントラップ５０を使用して、本明細書に記載されるＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実装することができる。イオントラップ５０を使用して、^１７１Ｙｂ＋又は電子的に類似するイオンなどのイオン５２（例えば、５２Ａ、５２Ｂ）をトラップすることができる。イオントラップ５０は、１つ以上の操作ソースと（例えば、ビーム経路６６を介して）連結される。例えば、第１のゲート操作ソース６４Ｂは、第１のゲート操作信号８２０を発生させ得る（例えば、第１のゲート操作信号８２０を、様々な実施形態において、π／２可視光又はマイクロ波場／パルスである第１の分析操作信号を任意選択で加えた後、及び第２のゲート操作信号８３０とおよそ同時に加えることができる）。様々な実施形態において、第１及び第２の操作信号は、ビートノート周波数μによって互いに離調される。例示的な実施形態例では、第１のゲート操作信号８２０の分極８２５は、ページの平面内にある。例えば、第２のゲート操作ソース６４Ｃは、第２のゲート操作信号８３０を発生させることができる。例示的な実施形態例では、第２のゲート操作信号８３０の分極８３５は、ページの平面外にある。様々な実施形態において、第１及び第２のゲート操作信号は一緒になって第１のＳＤＦパルスを形成する。一実施例では、２量子ビットゲートは、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０の両方を使用するが、単一量子ビットゲートが、第１又は第２のゲート操作信号８２０、８３０のうちの１つを使用して実装されてもよく、マイクロ波操作信号（例えば、マイクロ波場／パルス）に対処する追加のマイクロ波を、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０のうちの１つと組み合わせて加えることができる。第１のゲート操作信号８２０及び第２のゲート操作信号８３０は、互いに対して横断するように（例えば、伝播することなく）配置され得る。例示的な実施形態では、第１のゲート操作信号８２０及び第２のゲート操作信号８３０は、互いに対しておよそ及び／又は実質的に垂直に及び／又は直交するように配置され得る。一例では、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０は、線形分極し（例えば、８２５、８３５）、第１のゲート操作信号８２０の分極８２５は、イオントラップ５０の表面の平面内にあり、第２のゲート操作信号８３０の分極８３５は、イオントラップ５０の表面の平面を横断し、かつ／又はおよそ直交する。例示的な実施形態では、第３のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号８２０と幾何学的に実質的に同じであってもよく、第４のゲート操作信号は、第２のゲート操作信号８３０と幾何学的に実質的に同じであってもよい。例えば、第３のゲート操作信号は、第１のゲート操作信号８２０の分極８２５と実質的に同様に、イオントラップ５０の表面の平面内に線形分極を有し得る。例えば、第４のゲート操作信号は、第２のゲート操作信号８３０の分極８３５と実質的に同様に、イオントラップ５０の表面の平面内に線形分極を有し得る。様々な実施形態において、第３及び第４の操作信号は、ビートノート周波数μによって互いに離調される。

^１７１Ｙｂ＋中でＳ_１／２多様体をＤ_３／２多様体に連結するために、２量子ビットのＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートは、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０であって、これらの組み合わせが、第１のＳＤＦパルスである、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０と、第３及び第４のゲート操作信号であって、これらの組み合わせが、第２のＳＤＦパルスであり、第２のＳＤＦパルスが、およそ遷移波長λ_０で動作する、第３及び第４のゲート操作信号と、を含む。例えば、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０（並びに第３及び第４のゲート操作信号）は、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０（並びに第３及び第４のゲート操作信号）の相互作用がω_ｇａｔｅ＋δのビートノート周波数をもたらすように、互いに離調され得る。このビートノート周波数は、第１／第２のＳＤＦの発振周波数である。様々な実施形態において、ビートノート周波数は、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅからδだけ離調されるように選択され、δは、およそ数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲内である。例示的な実施形態では、遷移波長は、λ_０≒４３５ｎｍである。遷移波長λ_０≒４３５ｎｍが、^１７１Ｙｂ＋を使用する動作のために使用されるが、異なる波長のレーザが、他の電子的に類似するイオンに使用されるであろう。例示的な実施形態では、第１及び第２のＳＤＦパルスは、Ｆ＝１、ｍ＝−１、＋１、Ｄ_３／２状態に連結する。

イオントラップ５０は、磁場５５を発生させる磁場発生装置を含み得る。一実施例では、磁場５５は、およそ５ガウスの磁場を提供し得るが、他の磁場値が使用されてもよい。このＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートは、第１及び第２のゲート操作信号８２０、８３０並びに第３及び第４のゲート操作信号と組み合わせて磁場５５を発生させることによって実装され得る、２量子ビットゲートを提供し得る。様々な実施形態において、第１、第２、第３、及び／又は第４の操作信号は、残りのＤ多様体の占有率を低減するように構成された整形パルスであり得る。

図９は、例示的な実施形態による、位相ゲートプロトコル９００を表現するブロックダイアグラムである。特に、プロトコル９００は、例示的な実施形態の２量子ビットのＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを動作させることを実証する。プロトコル９００は、｜Ψ＞＝｜↓↓＞を表現する第１の状態９１０で開始し得る。ステップ／動作２０４に関して記載されるように、分析操作信号（例えば、π／２レーザ又はマイクロ波場／パルス）を加えて、第１の状態９１０から、（｜↓↓＞＋｜↓↑＞＋｜↑↓＞＋｜↑↑＞）／２を表現する第２の状態９２０まで遷移させることができる。次いで、ステップ／動作２０６に関して記載されるように、第１及び第２のゲート操作ソースを使用して、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅからδだけ離調された周波数で振動する第１のＳＤＦを加え、第１のＳＤＦは、９２０で表現される状態を、９３０で表現される新しい状態（例えば、

式中、φ_ＡＣは、イオンが経験するＡＣシュタルクシフトによる位相である）に変換する。ステップ／動作２０８に関して記載されるように、量子ビット回転操作信号（例えば、πレーザパルス）を加えて、第３の状態９３０から、状態

を表現する第４の状態９４０まで遷移させることができる。ステップ／動作２１０に関して記載されるように、ゲートモード周波数ω_ｇａｔｅからδだけ離調された（例えば、第３及び第４のゲート操作信号の組み合わせから発生した）第２のＳＤＦパルスを加えて、第４の状態９４０から、（｜↓↓＞＋ｅ^ｉπ／２｜↓↑＞＋ｅ^ｉπ／２｜↑↓＞＋｜↑↑＞）／２を表現する第５の状態９５０まで遷移させることができる。最後に、第２の分析操作信号（例えば、π／２レーザパルス）を任意選択的に加えて、第５の状態９５０から、｜Ψ_ｆ＞＝（｜↓↓＞＋｜↑↑＞）／√２を表現する第６の状態９６０まで遷移させることができる。

図１０は、例示的な実施形態による、性能測定結果プロット１０００を例示する。特に、プロット１０００は、データ１０１０、及びランダム化ベンチマーキング（ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ ｂｅｎｃｈｍａｒｋｉｎｇ、ＲＢ）減衰曲線の最良適合線１０２０を示す。例えば、プロット１０００は、対称的なサブ空間のランダム化ベンチマーキング（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ−ｓｕｂｓｐａｃｅ ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ ｂｅｎｃｈｍａｒｋｉｎｇ、ＳＳＲＢ）が９９．５０（５）％のゲート忠実度をもたらすことを例示する。残りの不忠実度は、ゲートプロトコル９００の実施中に、主にレーザノイズ及び加熱に起因し、ゲート実施後の残りのＤ状態の占有率につながると考えられる。理論的モデル化は、Ｄ状態の占有率が１０^−４レベル未満に抑制され得ることを提案する。様々な実施形態において、磁場５５が５ガウスに設定されると、自発的放出のエラーが１０^−４レベル未満に抑制される。

技術的利点
様々な実施形態は、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実施するための方法、並びにかかる方法を実装することができる量子コンピュータ、システム、及び／又は器具を提供する。短波長（例えば、紫外線波長）で高いレーザパワーを必要とする量子ゲートが直面する技術的問題に対処するために、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態は、より長い波長及び中程度のレーザパワーで動作する解決策を提供する。例えば、紫外線を使用して、Ｓ_１／２からＰ_１／２への遷移でＭｏｌｍｅｒ−Ｓｏｒｅｎｓｅｎ（ＭＳ）ゲートを動作させるＰ状態のゲートの技術的複雑さとは対照的に、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの例示的な実施形態は、遷移波長λ_０のレーザを使用して、Ｓ_１／２多様体をＤ_３／２多様体に連結する。例示的な実施形態では、遷移波長は、λ_０＝４３５ｎｍである。これらの動作上の利点は、量子論理ゲートを実装する技術的複雑さを著しく低減し、いくつかの実施例では、低い技術的オーバーヘッドを有する高忠実度の量子論理ゲートにつながる。

Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートの様々な例示的な実施形態は、Ｐ状態のゲートに対して様々な利点を提供する。例えば、Ｐ状態のＭｏｌｍｅｒ−Ｓｏｒｅｎｓｅｎ（ＭＳ）ゲートは、Ｓ_１／２多様体とＰ_１／２多様体とをレーザ連結することによって、Ｓ_１／２多様体の２つの超微細状態間に位相ゲートを実装することができる。このＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートにより、ＭＳゲートと比較して、（ａ）ゲートレーザがｋＨｚ〜ＭＨｚ（ＧＨｚではなく）周波数だけ分光学的に分離され得ることと、（ｂ）ゲートが光学位相に対して本質的に非感応性であることと、（ｃ）ゲートが量子ビットベースで斜めであることにより、ゲートが動的な連結解除スキームとより自然に適合するようになることと、を含む、いくつかの技術的利点が得られる。

例示的なコントローラ
様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、量子コンピュータ１１０の様々な要素を制御するように構成されたコントローラ３０を更に備える。様々な実施形態において、コントローラ３０は、量子コンピュータ１１０に、様々な動作（例えば、ゲート動作、冷却動作、移送動作、量子ビット相互作用動作、量子ビット読み取り動作など）、漏れ抑制動作など）を実施させるように構成され得る。例えば、コントローラ３０は、例示的な実施形態のＤ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを実行に移すために、第１、第２、及び第３の操作ソース６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃに、操作信号を提供させるように構成され得る。様々な実施形態において、コントローラ３０は、極低温及び／若しくは真空チャンバ４０内の温度及び圧力を制御する極低温システム並びに／又は真空システム、操作ソース６４、並びに／又は極低温及び／若しくは真空チャンバ４０内の環境条件（例えば、温度、湿度、圧力など）を制御する他のシステムを制御するように構成され、かつ／又はイオントラップ５０内の１つ以上のイオンの量子状態の制御された発展を操作し、かつ／又は発展を引き起こすように構成され得る。

図１１に示されるように、様々な実施形態において、コントローラ３０は、処理要素１１０５、メモリ１１１０、ドライバコントローラ要素１１１５、通信インターフェース１１２０、アナログ−デジタル変換素子１１２５などを含む様々なコントローラ要素を備え得る。例えば、処理要素１１０５は、プログラマブル論理装置（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ、ＣＰＬＤ）、マイクロプロセッサ、共処理エンティティ、特定用途向けプロセッサのための命令セット（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ−ｓｅｔ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＡＳＩＰ）、集積回路、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理アレイ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ａｒｒａｙ、ＰＬＡ）、ハードウェアアクセラレータ、他の処理装置及び／若しくは回路機構など、並びに／又はコントローラを含み得る。回路機構という用語は、ハードウェア全体の実施形態、又はハードウェア及びコンピュータプログラム製品の組み合わせを指し得る。例示的な実施形態では、コントローラ３０の処理要素１１０５は、クロックを含み、かつ／又はクロックと通信する。

例えば、メモリ１１１０は、ハードディスク、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭ（登録商標）、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどのうちの１つ以上のような、揮発性及び／又は不揮発性記憶域などの非一時的なメモリを含み得る。様々な実施形態において、メモリ１１１０は、（例えば、量子ビット記録データ記憶、量子ビット記録データベース、量子ビット記録テーブルなどの）量子コンピュータの量子ビットに対応する量子ビット記憶、較正テーブル、実行可能な待ち行列、（例えば、１つ以上のコンピュータ言語、専門コントローラ言語（複数可）などの）コンピュータプログラムコードなどを記憶し得る。例示的な実施形態では、メモリ１１１０に記憶されたコンピュータプログラムコードの少なくとも一部分を（例えば、処理要素１１０５によって）実行することにより、コントローラ３０は、本明細書に記載される１つ以上のステップ、動作、処理、手順などを実行する。

様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素１１１５は、各々が１つ以上のドライバを制御するように構成された、１つ以上のドライバ及び／又はコントローラ要素を含み得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素１１１５は、ドライバ及び／又はドライバコントローラを備え得る。例えば、ドライバコントローラは、コントローラ３０によって（例えば、処理要素１１０５によって）スケジューリング及び実行される、実行可能な命令、コマンドなどに従って、１つ以上の対応するドライバを動作させるように構成され得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素１１１５は、コントローラ３０が操作ソース６４を動作させ、真空及び／又は極低温システムなどを動作させることを可能にし得る。様々な実施形態において、ドライバは、レーザドライバ、マイクロ波ドライバ、真空構成要素ドライバ、極低温及び／又は真空システム構成要素ドライバ、電流ドライバなどであり得る。例えば、ドライバ及び／又はドライバコントローラは、磁場発生装置７０（例えば、電圧源（例えば、電流ドライバ若しくは電圧ドライバ）、永久磁石（複数可）、及び／又はそれらの組み合わせに連結された回路機構を含む）に、イオントラップ５０の１つ以上の位置で特定の方向及び大きさを有する磁場を発生させるように構成され得る。様々な実施形態において、コントローラ３０は、カメラ、ＭＥＭカメラ、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード、光電子増倍管などのような１つ以上の光学受信機構成要素から信号を通信及び／又は受信するための手段を備える。例えば、コントローラ３０は、１つ以上の光受信機構成要素、較正センサなどから信号を受信するように構成された１つ以上のアナログ−デジタル変換機要素１１２５を備え得る。

様々な実施形態において、コントローラ３０は、計算エンティティ１０とインターフェース接続及び／又は通信するための通信インターフェース１１２０を備え得る。例えば、コントローラ３０は、実行可能な命令、コマンドセットなどを計算エンティティ１０から受信し、量子コンピュータ１１０から（例えば、光学収集システムから）受信した出力及び／又は計算エンティティ１０への出力を処理した結果を提供するための通信インターフェース１１２０を備え得る。様々な実施形態において、計算エンティティ１０及びコントローラ３０は、直接有線及び／若しくは無線接続、並びに／又は１つ以上の有線及び／若しくは無線ネットワーク２０を介して通信し得る。

例示的な計算エンティティ
図１２は、本発明の実施形態と共に使用することができる例示的な計算エンティティ１０の例示的な概略図を提供する。様々な実施形態において、計算エンティティ１０は、ユーザが、入力を（例えば、計算エンティティ１０のユーザインターフェースを介して）量子コンピュータ１１０に提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信すること、表示すること、分析することなどを可能にするように構成される。例えば、ユーザは、計算エンティティ１０を動作させて、（例えば、Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートを含む）量子アルゴリズム及び／又は量子回路を発生させ、かつ／又はプログラムすることができ、量子アルゴリズム及び／又は量子回路は、コントローラ３０が量子アルゴリズム及び／又は量子回路を受信し、量子コンピュータ１１０に量子アルゴリズム及び／又は量子回路を実施させることができるように提供され得る。

図１２に示されるように、計算エンティティ１０は、アンテナ１２１２、伝送機１２０４（例えば、無線機）、受信機１２０６（例えば、無線機）、並びに伝送機１２０４及び受信機１２０６のそれぞれに信号を提供し、それぞれから信号を受信する処理要素１２０８を含み得る。伝送機１２０４及び受信機１２０６のそれぞれに提供され、それぞれから受信される信号は、コントローラ３０、他の計算エンティティ１０などのような様々なエンティティと通信するための、適用可能な無線システムのエアインターフェース標準に従って、信号情報／データを含み得る。この点に関して、計算エンティティ１０は、１つ以上のエアインターフェース標準、通信プロトコル、変調タイプ、及びアクセスタイプで動作することができる場合がある。例えば、計算エンティティ１０は、ファイバ分散データインターフェース（ｆｉｂｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、ＦＤＤＩ）、デジタル加入者線（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ、ＤＳＬ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、非同期転送モード（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｅ、ＡＴＭ）、フレームリレー、ケーブルによるデータサービスインターフェース仕様（ｄａｔａ ｏｖｅｒ ｃａｂｌｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ、ＤＯＣＳＩＳ）、又は任意の他の有線伝送プロトコルなどの有線データ伝送プロトコルを使用して通信を受信及び／又は提供するように構成さ得る。同様に、計算エンティティ１０は、汎用パケット無線サービス（ｇｅｎｅｒａｌ ｐａｃｋｅｔ ｒａｄｉｏ ｓｅｒｖｉｃｅ、ＧＰＲＳ）、ユニバーサル移動体通信システム（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ、ＵＭＴＳ）、符号分割多元接続２０００（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ２０００、ＣＤＭＡ２０００）、ＣＤＭＡ２０００ １Ｘ（１ｘＲＴＴ）、広帯域符号分割多元接続（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、ＷＣＤＭＡ（登録商標））、世界移動体通信システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、ＧＳＭ）、ＧＳＭ革新のための強化データレート（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ、ＥＤＧＥ）、時分割−同期符号分割多元接続（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ−Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ）、ロングタームエボリューション（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ、ＬＴＥ）、進化型ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ、Ｅ−ＵＴＲＡＮ）、エボリューションデータオプティマイズド（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ−Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ、ＥＶＤＯ）、高速パケットアクセス（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ、ＨＳＰＡ）、高速ダウンリンクパケットアクセス（Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ、ＨＳＤＰＡ）、ＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ）、Ｗｉ−Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ、８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、超広帯域（ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ、ＵＷＢ）、赤外線（ｉｎｆｒａｒｅｄ、ＩＲ）プロトコル、近距離通信（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、ＮＦＣ）プロトコル、Ｗｉｂｒｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロトコル、無線ユニバーサルシリアルバス（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ、ＵＳＢ）プロトコル、及び／又は任意の他の無線プロトコルなどの様々なプロトコルのいずれかを使用して、無線外部通信ネットワークを介して通信するように構成され得る。計算エンティティ１０は、かかるプロトコル及び標準を、ボーダゲートウェイプロトコル（Ｂｏｒｄｅｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＢＧＰ）、動的ホスト構成プロトコル（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｈｏｓｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＤＨＣＰ）、ドメイン名システム（Ｄｏｍａｉｎ Ｎａｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＤＮＳ）、ファイル転送プロトコル（Ｆｉｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＦＴＰ）、ハイパーテキスト転送プロトコル（Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＨＴＴＰ）、ＨＴＴＰオーバーＴＬＳ／ＳＳＬ／Ｓｅｃｕｒｅ、インターネットメッセージアクセスプロトコル（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＩＭＡＰ）、ネットワークタイムプロトコル（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＮＴＰ）、シンプルメール転送プロトコル（Ｓｉｍｐｌｅ Ｍａｉｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＳＭＴＰ）、Ｔｅｌｎｅｔ、トランスポートレイヤーセキュリティ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ、ＴＬＳ）、セキュアソケットレイヤー（Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｏｃｋｅｔｓ Ｌａｙｅｒ、ＳＳＬ）、インターネットプロトコル（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＩＰ）、伝送制御プロトコル（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＴＣＰ）、ユーザデータグラムプロトコル（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＵＤＰ）、データグラムコンジェスチョンコントロールプロトコル（Ｄａｔａｇｒａｍ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＤＣＣＰ）、ストリーム制御伝送プロトコル（Ｓｔｒｅａｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＳＣＴＰ）、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨｙｐｅｒＴｅｘｔ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ、ＨＴＭＬ）などを使用した通信のために使用することができる。

これらの通信標準及びプロトコルを介して、計算エンティティ１０は、非構造付加サービス情報／データ（Ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｄａｔａ、ＵＳＳＤ）、ショートメッセージサービス（Ｓｈｏｒｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ、ＳＭＳ）、マルチメディアメッセージサービス（Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ、ＭＭＳ）、デュアルトーンマルチ周波数信号（Ｄｕａｌ−Ｔｏｎｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ、ＤＴＭＦ）、及び／又は加入者識別モジュールダイヤラ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ Ｄｉａｌｅｒ、ＳＩＭダイヤラ）などの概念を使用して、様々な他のエンティティと通信することができる。計算エンティティ１０はまた、例えば、そのファームウェア、ソフトウェア（例えば、実行可能な命令、アプリケーション、プログラムモジュールを含む）、及びオペレーティングシステムに、変更、アドオン、及び更新をダウンロードすることができる。

計算エンティティ１０はまた、１つ以上のユーザ入力／出力インターフェース（例えば、処理要素１２０８に連結されたディスプレイ１２１６及び／又はスピーカ／スピーカドライバ、並びに処理要素１２０８に連結されたタッチスクリーン、キーボード、マウス、及び／又はマイクロフォン）を備えるユーザインターフェース装置を含み得る。例えば、ユーザ出力インターフェースは、アプリケーション、ブラウザ、ユーザインターフェース、インターフェース、ダッシュボード、スクリーン、ウェブページ、ページ、及び／又は本明細書で互換可能に使用される類似の単語を提供するように構成され、情報／データを表示又は可聴提示させるため、及び１つ以上のユーザ入力インターフェースを介して情報／データと相互作用させるように、計算エンティティ１０上で実行され、かつ／又は計算エンティティ１０を介してアクセス可能であってもよい。ユーザ入力インターフェースは、キーパッド１２１８（ハード若しくはソフト）、タッチディスプレイ、音声／発話若しくは運動インターフェース、スキャナ、リーダ、又は他の入力装置など、計算エンティティ１０がデータを受信することを可能にする多数の装置のうちのいずれかを含み得る。キーパッド１２１８を含む実施形態では、キーパッド１２１８は、従来の数字（０〜９）及び関連するキー（＃、^＊）、並びに計算エンティティ１０を動作させるために使用される他のキーを含む（又はそれらを表示させる）ことができ、英数字キーの完全なセット、又は英数字キーの完全なセットを提供するように起動され得るキーのセットを含むことができる。入力を提供することに加えて、例えば、ユーザ入力インターフェースを使用して、スクリーンセーバ及び／若しくはスリープモードなどのある特定の機能を起動又は起動解除することができる。かかる入力により、計算エンティティ１０は、情報／データ、ユーザ対話／入力などを収集することができる。

計算エンティティ１０はまた、揮発性記憶域若しくはメモリ１２２２、及び／又は不揮発性記憶域若しくはメモリ１２２４を含むことができ、これらは、埋め込まれてもよいし、かつ／又は取り外し可能であってもよい。例えば、不揮発性メモリは、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ，ＲＲＡＭ（登録商標）、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリなどであってもよい。揮発性メモリは、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどであってもよい。揮発性及び不揮発性記憶域又はメモリは、データベース、データベースインスタンス、データベース管理システムエンティティ、データ、アプリケーション、プログラム、プログラムモジュール、スクリプト、ソースコード、オブジェクトコード、バイトコード、コンパイルされたコード、解釈されたコード、マシンコード、実行可能な命令などを記憶して、計算エンティティ１０の機能を実装することができる。

結論：
本明細書に記載される本発明の多くの修正例及び他の実施形態は、前述の説明及び関連付けられた図面に提示される教示の利益を有する、本発明に関係がある当業者に着想されるであろう。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されるものではないこと、並びに修正例及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。特定の用語が本明細書で用いられているが、これらは一般的かつ記述的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されない。

Claims (3)

1. 量子計算Ｄ状態のＡＣシュタルクシフトゲートシステムであって、
   第１のレーザ波長で第１のゲート操作信号を発生させるように構成された第１のゲート操作ソースと、
   第２のレーザ波長で第２のゲート操作信号を発生させるように構成された第２のゲート操作ソースと、
   イオントラップと、
   前記イオントラップ内にトラップされた１つ以上のイオンと、を含み、
   前記第１のゲート操作信号が、前記１つ以上のイオンのＳ状態のセットとＤ状態のセットとを連結するように構成され、
   前記第２のゲート操作信号が、前記１つ以上のイオンの前記Ｓ状態のセットと前記Ｄ状態のセットとを連結するように構成され、
   前記第１及び第２のゲート操作信号によって前記１つ以上のイオンのうちのあるイオンに加えられる力が、前記イオンの内部状態に依存し、
   前記第１及び第２のゲート操作信号が、前記Ｓ状態のセット内の前記１つ以上のイオンの占有率を明らかに変化させることなく、前記１つ以上のイオンの内部状態をそれらの運動状態に連結するように構成されている、システム。
2. 前記システムが、磁場を発生させるように構成された磁場発生装置を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１のゲート操作ソースが、前記Ｓ状態のサブセットと前記Ｄ状態のサブセットとの間で、前記イオンを非共鳴的に連結するように構成され、前記第２のゲート操作ソースが、前記Ｓ状態のサブセットと前記Ｄ状態のサブセットとの間で、前記イオンを非共鳴的に連結するように構成されている、請求項１に記載のシステム。