Holonomic quantum computing in a dimer-chain model via Ising-type interaction

イジング相互作用をしたダイマー鎖モデルにおけるホロノミック量子計算

太田 幸宏; 坂東 将光*; 近藤 康*; 中原 幹夫*

Ota, Yukihiro; Bando, Masamitsu*; Kondo, Yasushi*; Nakahara, Mikio*

安定な量子系の時間発展の制御法の確立は量子計算や量子エンジニアリングにとって欠かせない課題である。ここでは、ノイズやデコヒーレンスに対して堅牢と期待されているホロノミーという自由度を利用した量子計算、つまりホロノミック量子計算の物理系での実装を目指した理論提案をする。具体的にはイジング相互作用をするダイマー鎖を用いる。量子ビットは2個の物理的なスピン1/2を持つ粒子により表現される。本提案は液体状態NMRや固体物理系におけるホロノミック量子計算の実装を拓く可能性がある。

A reliable and stable way to control the temporal behavior of a quantum system are required to realize quantum computing and quantum state engineering. Quantum computing by using holonomy is called holonomic quantum computing, and is expected to be robust against noise and decoherence. In this paper, we propose the holonomic quantum computing in a dimer-chainmodel. The single qubit is represented by two physical particles with spin 1/2. In the dimer, the two physical particles interact with each other through the Ising-type interaction. Thus, the proposal is applicable for various physical systems, e.g., liquid-state NMR and solid-state systems. We exactly construct one- and two-qubit holonomic quantum gates in term of isospectral deformation of the Hamiltonian.