Full-stack control system for ultracold Rydberg atom quantum computers and simulators
Pile logicielle complète pour contrôler les ordinateurs quantiques et simulateurs d'atomes de Rydberg ultra-froids
Résumé
In this work, I address the challenge of controlling quantum computers and simulators based onultra-cold Rydberg atom architectures. Two hardware designs are explored: single atoms and smallatomic ensembles, utilizing Potassium-39 (39K). I detail quantum gate protocols, including a newone for dipolar Rydberg interaction. Experimental methods for preparing quantum states andachieving coherent global manipulation are introduced, featuring advanced setups with opticalpumping and modulated free-space microwave fields.Additionally, I present the Atomic Quantum Information Processing Toolbox (AQiPT), a Pythonbased software architecture. AQiPT abstracts quantum hardware, software, and systems, enablingcomprehensive programming and seamless access to monitoring, data management, and linkedsimulations. These contributions lay the groundwork for a full-stack ultracold Rydberg atomsplatform, helping lay the foundation for a new era for quantum computing and digital quantumsimulation.
Dans cette étude, je relève le défi de contrôler les ordinateurs quantiques et les simulateurs basés sur les architectures d'atomes de Rydberg ultra-froids. Deux conceptions matérielles sont explorées: les atomes individuels et les petites ensembles atomiques, utilisant le Potassium-39(39K). Je détaille de nouveaux protocoles de portes quantiques, y compris celui pour l'interaction dipolaire de Rydberg. Des méthodes expérimentales pour préparer des états quantiques et réaliser une manipulation globale cohérente sont présentées, avec des configurations avancées utilisant le pompage optique et les champs micro-ondes spatiaux modulés.De plus, je présente la Boîte à Outils de Traitement de l'Information Quantique Atomique (AQiPT),une architecture logicielle basée sur Python. AQiPT abstrait le matériel, les logiciels et les systèmes quantiques, permettant une programmation complète et un accès transparent à la surveillance, à la gestion des données et aux simulations liées. Ces contributions posent les bases pour une plateforme d'atomes de Rydberg ultra-froids à pile complète, aider à jeter les bases une nouvelle ère pour l'informatique quantique et la simulation numérique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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