基于光镊阵列中双电子原子的快速可扩展量子信息处理

原子系统，从囚禁离子到超冷原子和里德伯原子，在单粒子水平上对内外自由度均提供了前所未有的控制能力。它们被视为实现量子模拟与计算平台的主要候选者，可在特定任务上超越经典计算机。在本工作中，我们描述了一种利用光镊阵列中中性类碱土原子的量子信息处理的现实实验工具箱。特别地，我们提出了一种基于可编程类碱土原子阵列的综合性可扩展架构，利用其电子钟态作为精确且鲁棒的辅助自由度，从而允许在核自旋量子比特之间实现高效的全光单量子比特与双量子比特操作。该平台凭借高保真度寄存器初始化、快速自旋交换门以及读出中的错误检测，有望获得优异性能。作为基准与应用示例，我们计算了在最优参数下不断增加的连续 SWAP 门数量的预期保真度，该保真度可用于在阵列内远程原子之间分发纠缠。