論文の概要: Scalable hyperfine qubit state detection via electron shelving in the
${}^2$D$_{5/2}$ and ${}^2$F$_{7/2}$ manifolds in ${}^{171}$Yb$^{+}$
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.14606v1
- Date: Tue, 29 Dec 2020 04:59:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-18 12:08:09.886264
- Title: Scalable hyperfine qubit state detection via electron shelving in the
${}^2$D$_{5/2}$ and ${}^2$F$_{7/2}$ manifolds in ${}^{171}$Yb$^{+}$
- Title（参考訳）: ${}^2$D$_{5/2}$および${}^2$F$_{7/2}$ manifolds in ${}^{171}$Yb$^{+}$における電子シェルビングによるスケーラブル超微細量子状態検出
- Authors: C. L. Edmunds, T. R. Tan, A. R. Milne, A. Singh, M. J. Biercuk, and C.
Hempel
- Abstract要約: 捕捉されたイオンの超微細な状態に符号化された量子ビットは、量子計算に最適である。
検出中に非共鳴散乱に悩まされ、しばしば測定精度が制限される。
電子シェルビングに基づく検出ルーチンを示し,この問題に対処する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Qubits encoded in hyperfine states of trapped ions are ideal for quantum
computation given their long lifetimes and low sensitivity to magnetic fields,
yet they suffer from off-resonant scattering during detection often limiting
their measurement fidelity. In ${}^{171}$Yb$^{+}$ this is exacerbated by a low
fluorescence yield, which leads to a need for complex and expensive hardware -
a problematic bottleneck especially when scaling up the number of qubits. We
demonstrate a detection routine based on electron shelving to address this
issue in ${}^{171}$Yb$^{+}$ and achieve a 5.6$\times$ reduction in single-ion
detection error on an avalanche photodiode to $1.8(2)\times10^{-3}$ in a 100
$\mu$s detection period, and a 4.3$\times$ error reduction on an electron
multiplying CCD camera, with $7.7(2)\times10^{-3}$ error in 400 $\mu$s. We
further improve the characterization of a repump transition at 760 nm to enable
a more rapid reset of the auxiliary $^2$F$_{7/2}$ states populated after
shelving. Finally, we examine the detection fidelity limit using the long-lived
$^2$F$_{7/2}$ state, achieving a further 300$\times$ and 12$\times$ reduction
in error to $6(7)\times10^{-6}$ and $6.3(3)\times10^{-4}$ in 1 ms on the
respective detectors. While shelving-rate limited in our setup, we suggest
various techniques to realize this detection method at speeds compatible with
quantum information processing, providing a pathway to ultra-high fidelity
detection in ${}^{171}$Yb$^{+}$.
- Abstract（参考訳）: 捕捉されたイオンの超微細な状態に符号化された量子ビットは、長い寿命と磁場に対する感度が低いため、量子計算には理想的であるが、検出時に非共鳴散乱に悩まされる。
${}^{171}$Yb$^{+}$ では、これは低蛍光収率によって悪化し、特に量子ビットの数をスケールアップする際には、複雑で高価なハードウェアの問題的ボトルネックが必要になる。
我々は、この問題に対処するための電子シェルビングに基づく検出ルーチンを${}^{171}$Yb$^{+}$で示し、雪崩フォトダイオード上の単イオン検出誤差を$1.8(2)\times10^{-3}$で$5.6$\times$1.8(2)\times10^{-3}$で、電子乗算CCDカメラ上で$4.3$\times$エラーを$7(2)\times10^{-3}$で$400$\mu$で達成する。
さらに760nmでのリポンプ遷移のキャラクタリゼーションを改良し、シェルビング後の補助的な^2$f$_{7/2}$状態のリセットをより迅速に行えるようにした。
最後に、長い寿命の$^2$F$_{7/2}$状態を用いて検出忠実度限界を調べ、さらに300$\times$と12$\times$エラーを6(7);times10^{-6}$と6.3(3)\times10^{-4}$をそれぞれの検出器上で1msで達成した。
shelving-rateはセットアップで制限されているが、量子情報処理と互換性のある速度でこの検出方法を実現するための様々な手法を提案し、${}^{171}$yb$^{+}$で超高忠実度検出の経路を提供する。
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