論文の概要: Ultrafast energy exchange between two single Rydberg atoms on the nanosecond timescale

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.12314v1
• Date: Wed, 24 Nov 2021 07:56:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 00:04:53.424982
• Title: Ultrafast energy exchange between two single Rydberg atoms on the nanosecond timescale
• Title（参考訳）: ナノ秒時間スケールにおける2つのリドバーグ原子間の超高速エネルギー交換
• Authors: Yeelai Chew, Takafumi Tomita, Tirumalasetty Panduranga Mahesh, Seiji Sugawa, Sylvain de L\'es\'eleuc, Kenji Ohmori
• Abstract要約: ナノ秒の時間スケールで発生する相互作用駆動のエネルギー交換は、Rydberg原子によるこれまでのどの研究よりも2桁高速である。 これにより、この超高速なRydbergプラットフォームとの双極子-双極子相互作用によって、量子シミュレーションと速度制限セットで動作する計算の道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Rydberg atoms, with their giant electronic orbitals, exhibit dipole-dipole interaction reaching the GHz range at a distance of a micron, making them a prominent contender for realizing quantum operations well within their coherence time. However, such strong interactions have never been harnessed so far, mainly because of the stringent requirements on the fluctuation of the atom positions and the necessary excitation strength. Here, using atoms trapped in the motional ground-state of optical tweezers and excited to a Rydberg state with picosecond pulsed lasers, we observe an interaction-driven energy exchange, i.e., a F\"orster oscilation, occuring in a timescale of nanoseconds, two orders of magnitude faster than in any previous work with Rydberg atoms. This ultrafast coherent dynamics gives rise to a conditional phase which is the key resource for an ultrafast controlled-$Z$ gate. This opens the path for quantum simulation and computation operating at the speed-limit set by dipole-dipole interactions with this ultrafast Rydberg platform.
• Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子は、その巨大な電子軌道を持つため、マイクロンの距離でGHz範囲に達する双極子-双極子相互作用を示し、コヒーレンス時間内で量子演算をうまく実現するための顕著な競合となる。 しかし、このような強い相互作用は、主に原子の位置のゆらぎと必要な励起強度に関する厳密な要求のために、これまで利用されなかった。 ここでは、光ツイーザの運動基底状態に閉じ込められ、ピコ秒のパルスレーザーでリドベルク状態に励起された原子を用いて、リドベルク原子のこれまでのどの研究よりも2桁速いナノ秒の時間スケールで発生する相互作用駆動エネルギー交換、すなわち「F\」オースターオシレーションを観察する。 この超高速コヒーレントダイナミクスは、超高速制御された-$z$ゲートの鍵となる条件付き位相をもたらす。 これにより、量子シミュレーションと超高速ライドバーグプラットフォームとの双極子-双極子相互作用による速度制限セットでの計算の道を開くことができる。

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