Two-qubit gate in neutral atoms using transitionless quantum driving

量子位元 物理 量子门 里德伯公式 量子计算机 高能中性原子 原子物理学 里德堡原子 Atom(片上系统) 量子 离子 量子力学 计算机科学 嵌入式系统 电离
作者
Archismita Dalal,Barry C. Sanders
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (1)
标识
DOI:10.1103/physreva.107.012605
摘要

A neutral-atom system serves as a promising platform for realizing gate-based quantum computing because of its capability to trap and control several atomic qubits in different geometries and the ability to perform strong, long-range interactions between qubits; however, the two-qubit entangling gate fidelity lags behind competing platforms such as superconducting systems and trapped ions. The aim of our work is to design a fast, robust, high-fidelity controlled-$Z$ (cz) gate, based on the Rydberg-blockade mechanism, for neutral atoms. We propose a gate procedure that relies on simultaneous and transitionless quantum driving of a pair of atoms using broadband lasers. By simulating a system of two interacting cesium atoms, including spontaneous emission from excited levels and parameter fluctuations, we yield a Rydberg-blockade cz gate with fidelity 0.9985 over an operation time of $0.12\phantom{\rule{3.33333pt}{0ex}}\mathrm{\textmu{}s}$. Our gate procedure delivers cz gates that are superior than the state-of-the-art experimental cz gate and the simulated cz gates based on adiabatic driving of atoms. Our results show that our gate procedure carries significant potential for achieving scalable quantum computing using neutral atoms.
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