論文の概要: Ytterbium nuclear-spin qubits in an optical tweezer array
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.06732v3
- Date: Wed, 3 May 2023 16:41:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-04 19:20:33.009650
- Title: Ytterbium nuclear-spin qubits in an optical tweezer array
- Title（参考訳）: 光ツイーザアレイにおけるイッテルビウム原子スピン量子ビット
- Authors: Alec Jenkins, Joanna W. Lis, Aruku Senoo, William F. McGrew, Adam M.
Kaufman
- Abstract要約: 光ツイーザアレイにおける171ドルYb原子に基づく高速でスケーラブルで高忠実な量子ビットアーキテクチャの実現について報告する。
我々は、量子情報処理プラットフォームのビルディングブロックとしての利用のために、この原子のいくつかの魅力的な性質を実証する。
- 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: We report on the realization of a fast, scalable, and high-fidelity qubit
architecture, based on $^{171}$Yb atoms in an optical tweezer array. We
demonstrate several attractive properties of this atom for its use as a
building block of a quantum information processing platform. Its nuclear spin
of 1/2 serves as a long-lived and coherent two-level system, while its rich,
alkaline-earth-like electronic structure allows for low-entropy preparation,
fast qubit control, and high-fidelity readout. We present a near-deterministic
loading protocol, which allows us to fill a 10$\times$10 tweezer array with
92.73(8)% efficiency and a single tweezer with 96.0(1.4)% efficiency. In the
future, this loading protocol will enable efficient and uniform loading of
target arrays with high probability, an essential step in quantum simulation
and information applications. Employing a robust optical approach, we perform
submicrosecond qubit rotations and characterize their fidelity through
randomized benchmarking, yielding 5.2(5)$\times 10^{-3}$ error per Clifford
gate. For quantum memory applications, we measure the coherence of our qubits
with $T_2^*$=3.7(4) s and $T_2$=7.9(4) s, many orders of magnitude longer than
our qubit rotation pulses. We measure spin depolarization times on the order of
tens of seconds and find that this can be increased to the 100 s scale through
the application of a several-gauss magnetic field. Finally, we use 3D
Raman-sideband cooling to bring the atoms near their motional ground state,
which will be central to future implementations of two-qubit gates that benefit
from low motional entropy.
- Abstract（参考訳）: 我々は,光tweezerアレイ内の$^{171}$yb原子に基づく高速でスケーラブルで高忠実な量子ビットアーキテクチャの実現について報告する。
我々は、量子情報処理プラットフォームのビルディングブロックとしてこの原子のいくつかの魅力的な性質を実証する。
1/2の核スピンは長寿命でコヒーレントな2段階システムとして機能する一方、豊富なアルカリ土のような電子構造は低エントロピー合成、高速量子ビット制御、高精細な読み出しを可能にしている。
10$\times$10のtweezer配列を92.73(8)%効率で満たし、単一のtweezer配列を96.0(1.4)%効率で満たす、ほぼ決定論的ロードプロトコルを提案する。
将来、このローディングプロトコルは、量子シミュレーションと情報応用における重要なステップである、高い確率でターゲットアレイの効率よく均一なローディングを可能にする。
頑健な光学的アプローチを用いて、サブマイクロ秒量子ビット回転を行い、ランダム化ベンチマークによってその忠実度を特徴付け、クリフォードゲートごとに5.2(5)$\times 10^{-3}$エラーを与える。
量子メモリアプリケーションでは、量子ビットのコヒーレンスを$T_2^*$=3.7(4) sと$T_2$=7.9(4) sで測定する。
スピン脱分極時間を数秒の順序で測定し、これを数ガウスの磁場を応用して100秒スケールに拡大できることを示した。
最後に、我々は3Dラマンサイドバンド冷却を用いて原子を運動基底状態の近くに持ち込み、低運動エントロピーの恩恵を受ける2量子ゲートの将来の実装の中心となる。
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