論文の概要: High stability cryogenic system for quantum computing with compact packaged ion traps

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.05290v2
• Date: Thu, 12 Aug 2021 18:51:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-18 19:21:04.394713
• Title: High stability cryogenic system for quantum computing with compact packaged ion traps
• Title（参考訳）: コンパクトイオントラップを用いた量子コンピューティングのための高安定性低温システム
• Authors: Robert F. Spivey (1), Ismail V. Inlek (1 and 2), Zhubing Jia (3), Stephen Crain (1 and 2), Ke Sun (3), Junki Kim (1), Geert Vrijsen (1), Chao Fang (1), Colin Fitzgerald (4), Steffen Kross (4), Tom Noel (4), Jungsang Kim (1 and 2) ((1) Department of Electrical and Computer Engineering, Duke University, (2) IonQ, Inc. (3) Department of Physics, Duke University (4) ColdQuanta, Inc.)
• Abstract要約: 低温環境は、長時間長いイオン鎖を維持するために、低い運動加熱率、衝突エネルギー、超高真空(UHV)環境を提供することで、イオントラップ実験の恩恵を受ける。 本稿では, 市販の低振動閉サイクルクライオスタットを用いたイオントラップシステムについて述べる。 イオンのUHV環境を作成しながら, 表面イオントラップを冷凍パッケージにパッケージし, 取り扱いが容易になった。
• 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: Cryogenic environments benefit ion trapping experiments by offering lower motional heating rates, collision energies, and an ultra-high vacuum (UHV) environment for maintaining long ion chains for extended periods of time. Mechanical vibrations caused by compressors in closed-cycle cryostats can introduce relative motion between the ion and the wavefronts of lasers used to manipulate the ions. Here, we present a novel ion trapping system where a commercial low-vibration closed-cycle cryostat is used in a custom monolithic enclosure. We measure mechanical vibrations of the sample stage using an optical interferometer, and observe a root-mean-square relative displacement of 2.4 nm and a peak-to-peak displacement of 17 nm between free-space beams and the trapping location. We packaged a surface ion trap in a cryo-package assembly that enables easy handling, while creating a UHV environment for the ions. The trap cryo-package contains activated carbon getter material for enhanced sorption pumping near the trapping location, and source material for ablation loading. Using $^{171}$Yb$^{+}$ as our ion we estimate the operating pressure of the trap as a function of package temperature using phase transitions of zig-zag ion chains as a probe. We measured the radial mode heating rate of a single ion to be 13 quanta/s on average. The Ramsey coherence measurements yield 330 ms coherence time for counter-propagating Raman carrier transitions using a 355 nm mode-locked pulse laser, demonstrating the high optical stability.
• Abstract（参考訳）: 低温環境は、長時間長いイオン鎖を維持するために、低い運動加熱率、衝突エネルギー、超高真空(UHV)環境を提供することでイオントラップ実験の恩恵を受ける。 閉サイクルクライオスタットにおける圧縮機による機械的振動は、イオンを操作するために使用されるレーザーの波面とイオンの間の相対運動をもたらす。 そこで本研究では, 市販の低振動閉サイクルクライオスタットを用いたイオントラップシステムを提案する。 光干渉計を用いて試料ステージの機械的振動を測定し,自由空間ビームとトラップ位置の間で2.4nmのルート平均2乗相対変位と17nmのピークピークピーク変位を観測した。 表面イオントラップをcryo-packageアセンブリにパッケージし, 容易に処理できるとともに, イオンのuuv環境を構築した。 トラップ位置付近で吸着ポンプを増強する活性炭ゲッタ材と、アブレーション負荷用原料材とを含むトラップ冷凍パッケージ。 イオンとして$^{171}$Yb$^{+}$を用いて、ジグザグイオン鎖の相転移をプローブとして、トラップの動作圧力をパッケージ温度の関数として推定する。 単一イオンのラジアルモード加熱速度を平均13 quanta/sと測定した。 ラムゼーコヒーレンス測定は、355nmモード同期パルスレーザーを用いてラマンキャリア転移の反伝播に330msコヒーレンス時間を与え、高い光学安定性を示す。

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