A high-fidelity quantum matter-link between ion-trap microchip modules.
A high-fidelity quantum matter-link between ion-trap microchip modules.
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DOI：
10.1038/s41467-022-35285-3
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发表时间：
2023-02-08
影响因子：
16.6
通讯作者：
Hensinger, W. K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Akhtar, M.;Bonus, F.;Lebrun-Gallagher, F. R.;Johnson, N. I.;Siegele-Brown, M.;Hong, S.;Hile, S. J.;Kulmiya, S. A.;Weidt, S.;Hensinger, W. K.
系统可扩展性是大规模量子计算机（QC）的基础，并且正在各种硬件平台上追求。对于基于捕获离子的QC，诸如量子电荷耦合器件（QCCD）的架构被用于缩放单个器件上的量子位的数量。然而，可以托管在单个量子计算模块上的离子数量受到所使用芯片大小的限制。因此，模块化方法至关重要，需要各个模块之间的量子连接。在这里，我们提出了一个量子物质链接的演示，其中离子量子比特在相邻的QC模块之间传输。相邻模块之间的离子传输以2424 s-1的速率实现，并且在传输过程中与离子损失相关的不保真度低于7 × 10 - 8。此外，我们表明，链接不会显著影响量子位的相位相干性。量子物质链构成了QCCD器件互连的一种实用机制。我们的工作将促进实现模块化的量子计算机能够容错实用规模的量子计算。基于捕获离子的量子计算平台的可扩展性的一种可能途径是连接多个模块，其中离子可以在不同的寄存器之间穿梭。在这里，作者证明了两个微芯片模块之间捕获离子的快速和低损失转移。
System scalability is fundamental for large-scale quantum computers (QCs) and is being pursued over a variety of hardware platforms. For QCs based on trapped ions, architectures such as the quantum charge-coupled device (QCCD) are used to scale the number of qubits on a single device. However, the number of ions that can be hosted on a single quantum computing module is limited by the size of the chip being used. Therefore, a modular approach is of critical importance and requires quantum connections between individual modules. Here, we present the demonstration of a quantum matter-link in which ion qubits are transferred between adjacent QC modules. Ion transport between adjacent modules is realised at a rate of 2424 s−1 and with an infidelity associated with ion loss during transport below 7 × 10−8. Furthermore, we show that the link does not measurably impact the phase coherence of the qubit. The quantum matter-link constitutes a practical mechanism for the interconnection of QCCD devices. Our work will facilitate the implementation of modular QCs capable of fault-tolerant utility-scale quantum computation. A possible route to scalability of trapped-ion-based quantum computing platforms is to connect multiple modules where ions can be shuttled across different registers. Here, the authors demonstrate fast and low-loss transfer of trapped ions between two microchip modules.
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