JP2021527253A - 汎用イオントラップ量子コンピュータでの並列多重量子ビット操作 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図9
Description
本出願は、「汎用イオントラップ量子コンピュータでの並列2量子ビット操作」と題され、2018年6月8日に出願された米国仮特許出願第62/682,677号、および「汎用イオントラップ量子コンピュータでの並列多重量子ビット操作」と題され、2019年6月6日に出願された米国特許出願第一6/433,950号の優先権および利益を主張し、それらの全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
本発明は、NSFにより授与されたPHY0822671、IARPAにより授与されたW911NF1610082、AROにより授与されたW911NF1610349、およびAFOSRにより授与されたFA95501410052の下で政府の支援によってなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
Claims (32)
- トラップイオン量子システムにおいて、量子操作を実行する方法であって、
量子回路の少なくとも2つの並列ゲートを実装するステップであって、前記少なくとも2つの並列ゲートのそれぞれは多重量子ビットゲートであり、前記少なくとも2つの並列ゲートのそれぞれはイオントラップ内の複数のイオンの異なるイオンセットを使用して実装され、前記複数のイオンは4つ以上のイオンを含む、ステップと、
前記量子操作の一部として、前記少なくとも2つの並列ゲートに対して同時に操作を実行するステップと、を含む、量子操作を実行する方法。 - 前記少なくとも2つの並列ゲートは、第一のゲートと、第二のゲートとを含み、
前記第一のゲートは、前記複数のイオンのうちの第一のイオンセットを使用して実装され、前記第二のゲートは、前記複数のイオンのうちの第二のイオンセットを使用して実装され、前記第一のイオンセットおよび前記第二のイオンセットは、絡み合いセットであり、前記イオントラップ内の前記複数のイオンのうちの残りの任意のイオンセットは、絡み合いセットではない、請求項1に記載の量子操作を実行する方法。 - 前記第一のイオンセットのイオンは、前記イオントラップ内の任意の位置に配置され、
前記第二のイオンセットのイオンは、前記イオントラップ内の任意の残りの位置に配置される、請求項2に記載の量子操作を実行する方法。 - 前記量子回路の前記少なくとも2つの並列ゲートを実装するステップは、前記第一のゲートを構築するために前記第一のイオンセットと、前記第一のゲートと並列な前記第二のゲートを構築するために前記第二のイオンセットに適用される光パルスシーケンスを生成するステップを含む、請求項2に記載の量子操作を実行する方法。
- 前記光パルスシーケンスを生成するステップは、前記第一のイオンセットを使用して前記第一のゲートを構築し、前記第二のイオンセットを使用して前記第二のゲートを構築するために、記憶された情報を検索して、前記光パルスシーケンスを生成するステップを含む、請求項4に記載の量子操作を実行する方法。
- 前記光パルスシーケンスを生成するステップは、
第一のパルスシーケンスを生成して前記第一のゲートを構築するステップであって、前記第一のパルスシーケンスは前記第一のゲートに対して複数のセグメントを有し、前記第一のパルスシーケンスの各セグメントは前記第一のゲートのそのセグメント中の相対周波数に対応し、前記第一のパルスシーケンスの前記セグメントは等しい持続時間を有する、ステップと、
第二のパルスシーケンスを生成して前記第二のゲートを構築するステップであって、前記第二のパルスシーケンスの前記第二のゲートに対して複数のセグメントを有し、前記第二のパルスシーケンスの各セグメントは前記第二のゲートのそのセグメント中の相対周波数に対応し、前記第二のパルスシーケンスの前記セグメントは等しい持続時間を有する、ステップと、
を含む、請求項4に記載の量子操作を実行する方法。 - 前記少なくとも2つの並列ゲートは、両方ともXXゲートである、請求項1に記載の量子操作を実行する方法。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートは、両方ともCNOTゲートである、請求項1に記載の量子操作を実行する方法。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートが、異なる量の絡み合いを有する、請求項1に記載の量子操作を実行する方法。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートは、第一のゲートおよび第二のゲートを含み、
前記第一のゲートは、完全絡み合いゲートであり、前記第二のゲートは、部分絡み合いゲートである、
請求項9に記載の量子操作を実行する方法。 - 前記量子回路は、量子全加算器回路である、請求項1に記載の量子操作を実行する方法。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートは、第一の2量子ビットゲートおよび第二の2量子ビットゲートを含み、
前記第一のゲートは、前記複数のイオンのうちの第一のイオン対を使用して実装され、前記第二のゲートは、前記複数のイオンのうちの第二のイオン対を使用して実装され、前記第一のイオン対および前記第二のイオン対は、絡み合い対であり、前記イオントラップ内の前記複数のイオンのうちの任意の残りのイオン対は、絡み合い対ではない、
請求項1に記載の量子操作を実行する方法。 - 前記第一のイオン対のイオンは、前記イオントラップ内の任意の2つの位置に配置され、
前記第二のイオン対のイオンは、前記イオントラップ内の任意の2つの残りの位置に配置される、
請求項13に記載の量子操作を実行する方法。 - 量子操作を実行するように構成されたトラップイオン量子システムであって、
量子回路の少なくとも2つの並列ゲートを実装するように構成されたアルゴリズム構成要素であって、前記少なくとも2つの並列ゲートのそれぞれは多重量子ビットゲートであり、前記少なくとも2つの並列ゲートのそれぞれはイオントラップ内の複数のイオンの異なるイオンセットを使用して実装され、前記複数のイオンは4つ以上のイオンを含む、アルゴリズムと、
前記量子操作の一部として、前記少なくとも2つの並列ゲートでの操作が同時に実行される、前記イオントラップと、
を備える、トラップイオン量子システム。 - 前記少なくとも2つの並列ゲートは、第一のゲートと、第二のゲートとを含み、
前記第一のゲートは、前記複数のイオンのうちの第一のイオンセットを使用して実装され、前記第二のゲートは、前記複数のイオンのうちの第二のイオンセットを使用して実装され、前記第一のイオンセットおよび前記第二のイオンセットは、絡み合いセットであり、前記イオントラップ内の前記複数のイオンのうちの残りの任意のセットのイオンは、絡み合いセットではない、
請求項15に記載のトラップイオン量子システム。 - 前記第一のイオンセットのイオンは、前記イオントラップ内の任意の位置に配置され、
前記第二のイオンセットのイオンは、前記イオントラップ内の任意の残りの位置に配置される、
請求項16に記載のトラップイオン量子システム。 - 前記量子回路の前記少なくとも2つの並列ゲートを実装するように構成された前記アルゴリズム構成要素は、光学コントローラに命令を提供するように構成され、前記光学コントローラは、前記命令に基づいて、前記第一のゲートを構築するための前記第一のイオンセットと、前記第二のゲートを構築するための前記第二のイオンセットとに適用される光パルスシーケンスを生成するように構成される、請求項16に記載のトラップイオン量子システム。
- 前記光パルスシーケンスを生成するように構成された前記光学コントローラは、前記命令に基づいて、前記第一のイオンセットを使用して前記第一のゲートを構築し、前記第二のイオンセットを使用して前記第二のゲートを構築するために、記憶された情報を検索して、前記光パルスシーケンスを生成するように、さらに構成される、請求項18に記載のトラップイオン量子システム。
- 前記光パルスシーケンスを生成するように構成された前記光学コントローラは、
第一のパルスシーケンスを生成して前記第一のゲートを構築することであって、前記第一のパルスシーケンスは前記第一のゲートに対して複数のセグメントを有し、前記第一のパルスシーケンスの各セグメントは前記第一のゲートのそのセグメント中の相対周波数に対応し、前記第一のパルスシーケンスの前記セグメントは等しい持続時間を有する、ことと、
第二のパルスシーケンスを生成して前記第二のゲートを構築するステップであって、前記第二のパルスシーケンスの前記第二のゲートに対して複数のセグメントを有し、前記第二のパルスシーケンスの各セグメントは前記第二のゲートのそのセグメント中の相対周波数に対応し、前記第二のパルスシーケンスの前記セグメントは等しい持続時間を有する、ことと、を行うように、さらに構成される、請求項18に記載のトラップイオン量子システム。 - 前記少なくとも2つの並列ゲートは、両方ともXXゲートである、請求項15に記載のトラップイオン量子システム。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートは、両方ともCNOTゲートである、請求項15に記載のトラップイオン量子システム。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートは、異なる量の絡み合いを有する、請求項15に記載のトラップイオン量子システム。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートは、第一のゲートおよび第二のゲートを含み、
前記第一のゲートは、完全絡み合いゲートであり、前記第二のゲートは、部分絡み合いゲートである、請求項23に記載のトラップイオン量子システム。 - 前記量子回路は、量子全加算器回路である、請求項15に記載のトラップイオン量子システム。
- 前記少なくとも2つの並列ゲートは、第一の2量子ビットゲートおよび第二の2量子ビットゲートを含み、
前記第一のゲートは、前記複数のイオンのうちの第一のイオン対を使用して実装され、前記第二のゲートは、前記複数のイオンのうちの第二のイオン対を使用して実装され、前記第一のイオン対および前記第二のイオン対は、絡み合い対であり、前記イオントラップ内の前記複数のイオンのうちの任意の残りのイオン対は、絡み合い対ではない、請求項15に記載のトラップイオン量子システム。 - 前記第一のイオン対のイオンは、前記イオントラップ内の任意の2つの位置に配置され、
前記第二のイオン対のイオンは、前記イオントラップ内の任意の2つの残りの位置に配置される、請求項27に記載のトラップイオン量子システム。 - トラップイオン量子システムにおいて量子操作を実行するためのプロセッサによって実行可能な命令を有するコードを記憶するコンピュータ可読記憶媒体であって、
量子回路の少なくとも2つの並列ゲートを実装するためのコードであって、前記少なくとも2つの並列ゲートのそれぞれは多重量子ビットゲートであり、前記少なくとも2つの並列ゲートのそれぞれはイオントラップ内の複数のイオンの異なるイオンセットを使用して実装され、前記複数のイオンは4つ以上のイオンを含む、コードと、
前記量子操作の一部として、前記少なくとも2つの並列ゲートでの操作を同時に実行するためのコードと、
を備える、コンピュータ可読記憶媒体。 - 前記少なくとも2つの並列ゲートは、第一のゲートと、第二のゲートとを含み、
前記第一のゲートは、前記複数のイオンのうちの第一のイオンセットを使用して実装され、前記第二のゲートは、前記複数のイオンのうちの第二のイオンセットを使用して実装され、前記第一のイオンセットおよび前記第二のイオンセットは、絡み合いセットであり、前記イオントラップ内の前記複数のイオンのうちの残りの任意のイオンセットは、絡み合いセットではない、
請求項29に記載のコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記第一のイオンセットのイオンは、前記イオントラップ内の任意の位置に配置され、
前記第二のイオンセットのイオンは、前記イオントラップ内の任意の残りの位置に配置される、請求項29に記載のコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記少なくとも2つの並列ゲートは、前記複数のイオンの第一のイオン対を使用して実装された第一の2量子ビットゲートと、前記複数のイオンの第二のイオン対を使用して実装された第二の2量子ビットゲートと、を含む、請求項29に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
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