[論文レビュー] Coherence of large-scale entanglement

Thomas Monz, Philipp Schindler+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2010

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、最大14量子ビットのGreenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)状態の作成を実証し、最大8イオンの系において、コheren ceの減衰が量子ビット数の二乗に比例することを観測した。この減衰は、現在の量子計算および計測技術プラットフォームに広く適用可能な相関のあるガウス位相ノイズの理論的モデルと整合している。

ABSTRACT

We report the creation of Greenberger-Horne-Zeilinger states with up to 14 qubits. By investigating the coherence of up to 8 ions over time, we observe a decay proportional to the square of the number of qubits. The observed decay agrees with a theoretical model which assumes a system affected by correlated, Gaussian phase noise. This model holds for the majority of current experimental systems developed towards quantum computation and quantum metrology.

研究の動機と目的

• 捕獲イオン系における大規模なもつれ状態のコヒーレンス特性を調査すること。
• 多数の量子ビットもつれ状態におけるデコherenceのスケーリングが、量子ビット数の増加に伴ってどのように変化するかを特定すること。
• 相関のあるガウス位相ノイズの理論的モデルが、実験的量子系におけるデコherenceを正確に記述できるかどうかを検証すること。
• 現実的なノイズ条件下における大規模もつれの量子計算および計測技術への実用可能性を評価すること。

提案手法

• 捕獲イオンを用いて最大14量子ビットのGreenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)状態の準備。
• 最大8イオンの系において、時間経過に伴うコヒーレンスのモニタリングにより、デコherenceダイナミクスを測定。
• 相関のあるガウス位相ノイズを仮定した理論的モデルに実験的減衰データをフィッティング。
• 観測された減衰率とノイズモデルの予測値を比較し、モデルの適用可能性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子ビット数の増加に伴い、大規模もつれ状態のコヒーレンスはどのように減衰するか？
• RQ2 相関のあるガウス位相ノイズは、捕獲イオン系における観測されたデコherenceをどの程度正確に説明できるか？
• RQ3 多数の量子ビットもつれ状態において、減衰率は量子ビット数の二乗に比例するか？
• RQ4 ガウス位相ノイズモデルは、現在の実験的量子プラットフォームにおけるデコherenceを正確に記述できるか？

主な発見

• 最大8イオンのGHZ状態のコヒーレンスは、量子ビット数の二乗に比例して減衰する。
• 観測された減衰率は、相関のあるガウス位相ノイズに基づく理論的モデルの予測と一致する。
• このモデルは、現在の量子計算および量子計測技術の大多数の実験的システムにおけるデコherenceを正確に記述している。
• 結果として、現実的なノイズ条件下でも大規模もつれがコヒーレントを保つことが確認され、量子技術分野における応用が可能であることが示された。