Influenza del rumore di fase veloce e lento del laser sulla fedeltà del gate di Mølmer-Sørensen per ioni intrappolati

Abstract degli autori

I gate entangling a due qubit ad alta fedeltà sono essenziali per realizzare algoritmi quantistici utili su processori quantistici. Il gate di Mølmer-Sørensen (MS) è diventato una scelta comune per la computazione quantistica con ioni intrappolati, grazie alla sua robustezza rispetto alla temperatura degli ioni e alle fedeltà record dimostrate. Tuttavia, l’impurità spettrale del campo laser di pilotaggio influisce sulle prestazioni del gate: il rumore di fase influenza la dinamica dei qubit attraverso meccanismi che agiscono su scale temporali diverse. In questo lavoro presentiamo un’analisi teorica esaustiva del rumore di fase laser nel gate MS, individuando due intervalli spettrali che influenzano maggiormente la fedeltà del gate: il rumore «veloce», a frequenze vicine allo spettro dei modi motionali, e il rumore «lento», a frequenze dell’ordine dell’inverso del tempo di gate. Ricaviamo gli Hamiltoniani del rumore per due geometrie comuni dei fasci laser e otteniamo espressioni analitiche dell’errore medio del gate in funzione della densità spettrale di potenza del rumore laser e dei parametri del gate. Per spettri di rumore che variano lentamente, forniamo stime semplificate dell’errore. Inoltre, convalidiamo i nostri risultati confrontandoli con simulazioni numeriche pubblicate in precedenza.