Generazione di un vero e proprio entanglement all-way in sistemi di spin difetto-nucleare attraverso sequenze di disaccoppiamento dinamico

Generazione di un vero e proprio entanglement all-way in sistemi di spin difetto-nucleare attraverso sequenze di disaccoppiamento dinamico

Timestamp: 28 marzo 2024 11:59
Generazione di un vero e proprio entanglement all-way in sistemi di spin difetto-nucleare attraverso sequenze di disaccoppiamento dinamico PlatoBlockchain Data Intelligence. Ricerca verticale. Ai.

Evangelia Takou, Edwin Barnese Sophia E. Economo

Dipartimento di Fisica, Virginia Polytechnic Institute e State University, 24061 Blacksburg, VA, USA
Virginia Tech Center for Quantum Information Science and Engineering, Blacksburg, VA 24061, USA

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Astratto

Gli stati entangled multipartiti sono una risorsa essenziale per il rilevamento, la correzione degli errori quantistici e la crittografia. I centri di colore nei solidi sono una delle piattaforme principali per il networking quantistico grazie alla disponibilità di una memoria di spin nucleare che può essere intrecciata con lo spin elettronico otticamente attivo attraverso sequenze di disaccoppiamento dinamico. Creare stati entangled elettrone-nucleare in questi sistemi è un compito difficile poiché le interazioni iperfini sempre attive impediscono il completo isolamento della dinamica bersaglio dal bagno di spin indesiderato. Sebbene questa diafonia emergente possa essere alleviata prolungando la generazione dell'entanglement, le durate del gate superano rapidamente i tempi di coerenza. Qui mostriamo come preparare stati simili a GHZ$_M$ di alta qualità con un cross-talk minimo. Introduciamo il potere di $M$-tangled di un operatore di evoluzione, che ci consente di verificare autentiche correlazioni a tutto tondo. Utilizzando parametri iperfini misurati sperimentalmente di uno spin centrale NV in un diamante accoppiato a spin reticolari di carbonio-13, mostriamo come utilizzare operazioni di entanglement sequenziali o a colpo singolo per preparare stati simili a GHZ$_M$ fino a $M=10$ qubit entro vincoli di tempo che saturano i limiti delle correlazioni $M$. Studiamo l'entanglement di stati misti elettroni-nucleari e sviluppiamo un potere di aggrovigliamento $M$ non unitario che cattura inoltre le correlazioni derivanti da tutti gli spin nucleari indesiderati. Deriviamo inoltre un potere di aggrovigliamento $M$ non unitario che incorpora l'impatto degli errori di sfasamento elettronico sulle correlazioni $M$-way. Infine, controlliamo le prestazioni dei nostri protocolli in presenza di errori di impulso riportati sperimentalmente, scoprendo che le sequenze di disaccoppiamento XY possono portare alla preparazione dello stato GHZ ad alta fedeltà.

Riepilogo popolare

Gli spin difettosi dello stato solido sono candidati interessanti per le reti quantistiche e il rilevamento quantistico. Possiedono uno spin qubit elettronico otticamente attivo che consente la comunicazione con altri nodi e una rapida elaborazione delle informazioni, nonché spin nucleari di lunga durata che possono memorizzare informazioni quantistiche. Le memorie nucleari sono spesso controllate indirettamente attraverso l’elettrone e contribuiscono a diversi protocolli quantistici. Gli stati entangled elettrone-nucleare agiscono come un sensore avanzato o forniscono una solida codifica delle informazioni che protegge dagli errori computazionali.

L’utilizzo di piattaforme di difetti per le tecnologie quantistiche richiede un controllo preciso sull’entanglement elettrone-nucleare. Generare entanglement in questi sistemi è impegnativo poiché l’elettrone si accoppia a più nuclei contemporaneamente. Un modo per controllare queste interazioni sempre attive è applicare impulsi periodici sull’elettrone. Questo approccio intreccia l’elettrone con un sottoinsieme di spin del registro nucleare e “indebolisce” le restanti interazioni. L'isolamento dell'elettrone da alcuni nuclei è spesso imperfetto o richiede impulsi estremamente lunghi che portano a una generazione di entanglement lenta e difettosa.

Forniamo un'analisi dettagliata della struttura multipartita dell'entanglement elettrone-nucleare in un registro arbitrariamente grande e sviluppiamo metodi per la sua precisa manipolazione. Ciò viene fatto progettando porte entanglement che massimizzano le cosiddette “correlazioni all-way” all’interno di un sottosistema dal registro e contemporaneamente sopprimono le interazioni involontarie derivanti dagli spin rimanenti. Ispezioniamo come le correlazioni residue, gli errori di controllo o i meccanismi di decoerenza modificano la struttura di entanglement multipartito. La nostra analisi fornisce una comprensione completa delle dinamiche dell’entanglement e apre la strada a tecniche di controllo di maggiore precisione nelle piattaforme basate sullo spin nucleare.

► dati BibTeX

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, Christopher Eltschka, Andreas Osterloh e Jens Siewert. "Possibilità di relazioni di monogamia generalizzata per entanglement multipartito oltre i tre qubit". Fis. Rev. A 80, 032313 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.80.032313

, Paolo Zanardi, Christof Zalka e Lara Faoro. “Potere coinvolgente delle evoluzioni quantistiche”. Fis. Rev. A 62, 030301 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.62.030301

Citato da

[1] Khoi-Nguyen Huynh-Vu, Lin Htoo Zaw e Valerio Scarani, "Certificazione del vero entanglement multipartito negli insiemi di spin con misurazioni del momento angolare totale", arXiv: 2311.00806, (2023).

[2] Regina Finsterhoelzl, Wolf-Rüdiger Hannes e Guido Burkard, "Porte intrecciate ad alta fedeltà per qubit di spin elettronico e nucleare in diamante", arXiv: 2403.11553, (2024).

[3] Dominik Maile e Joachim Ankerhold, "Prestazioni dei registri quantistici nel diamante in presenza di impurità di spin", arXiv: 2211.06234, (2022).

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2024-03-28 16:01:11). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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