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囚禁离子的可编程N体相互作用

Programmable N-body interactions with trapped ions

Or Katz, Marko Cetina, Christopher Monroe

发表信息：
PRX Quantum 4, 030311 (2023)
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AI总结：

研究扩展标准Mølmer-Sørensen成对纠缠门，提出一种在囚禁离子N个自旋间产生可控可编程耦合的机制，通过自旋相关光学力实现相空间非线性位移，并构建高阶自旋哈密顿量与门的系统框架。

摘要：

囚禁原子离子量子比特或有效自旋是用于量子计算和模拟的强大量子平台，其特征是自旋之间存在密集连接且可高效编程的相互作用。虽然囚禁离子自旋之间的原生相互作用通常是成对的，但许多量子算法和量子自旋模型自然地包含三重态、四重态或更高阶自旋之间的耦合。在此，我们提出并分析了一种机制，该机制扩展了标准的Mølmer-Sørensen成对纠缠门，并在囚禁离子的N个自旋之间产生可控且可编程的耦合。我们证明，在两倍运动频率下施加的自旋相关光学力会在相空间中产生集体离子运动的坐标变换，使得位移力在自旋算符中呈现非线性。我们构建了一个简单的框架，能够系统且忠实地构建高阶自旋哈密顿量与门（包括多种运动模式的影响），并在现实条件下表征了此类操作的性能。

英文摘要：

Trapped atomic ion qubits or effective spins are a powerful quantum platform for quantum computation and simulation, featuring densely connected and efficiently programmable interactions between the spins. While native interactions between trapped ion spins are typically pairwise, many quantum algorithms and quantum spin models naturally feature couplings between triplets, quartets or higher orders of spins. Here we formulate and analyze a mechanism that extends the standard Mølmer-Sørensen pairwise entangling gate and generates a controllable and programmable coupling between $N$ spins of trapped ions. We show that spin-dependent optical forces applied at twice the motional frequency generate a coordinate-transformation of the collective ion motion in phase-space, rendering displacement forces that are nonlinear in the spin operators. We formulate a simple framework that enables a systematic and faithful construction of high-order spin Hamiltonians and gates, including the effect of multiple modes of motion, and characterize the performance of such operations under realistic conditions.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

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