Gradients de polarisation transverses pour des portes d'intrication dans l'informatique quantique à ions piégés

La construction de portes d'intrication avec une capacité d'adressage individuel représente une approche cruciale pour mettre en œuvre l'informatique quantique dans les cristaux d'ions piégés. Les schémas de portes d'intrication conventionnels s'appuient généralement sur des vecteurs d'onde de faisceaux laser pour coupler les spins et les degrés de liberté de mouvement des ions. Ici, nous démontrons expérimentalement une méthode alternative qui utilise un champ de gradient de polarisation généré par un faisceau laser fortement focalisé, précédemment proposé comme une porte logique quantique de type Magnus. En utilisant cette technique, nous effectuons des opérations Raman sur des qubits de spin nucléaire codés dans des ions 171Yb+, générant des forces dépendantes du spin le long des modes de mouvement axial dans un piège linéaire. En utilisant un déflecteur acousto-optique pour créer des paires de points arbitraires pour l'adressage individuel des ions dans des chaînes de deux ions (quatre ions), nous atteignons des portes MS avec des fidélités dépassant 98,5 % (97,2 %). De nouvelles améliorations de l'ouverture numérique et de la puissance laser pourraient réduire la durée des portes tout en améliorant la fidélité. Cette méthode est compatible avec, et peut considérablement simplifier, les propositions de portes à pince optique, où l'ingénierie des modes de mouvement permet une informatique quantique scalable à ions piégés. La technique peut être étendue aux cristaux d'ions bidimensionnels, représentant une étape clé vers de grands processeurs quantiques à ions piégés.