論文の概要: Coherent coupling and non-destructive measurement of trapped-ion mechanical oscillators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.14841v3
• Date: Tue, 30 Jul 2024 01:34:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-31 23:19:20.198184
• Title: Coherent coupling and non-destructive measurement of trapped-ion mechanical oscillators
• Title（参考訳）: 閉じ込められたイオン機械振動子のコヒーレントカップリングと非破壊測定
• Authors: Pan-Yu Hou, Jenny J. Wu, Stephen D. Erickson, Daniel C. Cole, Giorgio Zarantonello, Adam D. Brandt, Shawn Geller, Alex Kwiatkowski, Scott Glancy, Emanuel Knill, Andrew C. Wilson, Daniel H. Slichter, Dietrich Leibfried,
• Abstract要約: トラップイオン結晶のスペクトル分離された高調波運動モード間の単一運動量子のコヒーレント交換を示す。 我々の研究は、連続可変量子コンピューティングと誤り訂正のためのトラップイオン運動の適合性を高める。
• 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: Precise quantum control and measurement of several harmonic oscillators, such as the modes of the electromagnetic field in a cavity or of mechanical motion, are key for their use as quantum platforms. The motional modes of trapped ions can be individually controlled and have good coherence properties. However, achieving high-fidelity two-mode operations and nondestructive measurements of the motional state has been challenging. Here we demonstrate the coherent exchange of single motional quanta between spectrally separated harmonic motional modes of a trapped-ion crystal. The timing, strength, and phase of the coupling are controlled through an oscillating electric potential with suitable spatial variation. Coupling rates that are much larger than decoherence rates enable demonstrations of high fidelity quantum state transfer and beamsplitter operations, entanglement of motional modes, and Hong-Ou-Mandel-type interference. Additionally, we use the motional coupling to enable repeated non-destructive projective measurement of a trapped-ion motional state. Our work enhances the suitability of trapped-ion motion for continuous-variable quantum computing and error correction and may provide opportunities to improve the performance of motional cooling and motion-mediated entangling interactions.
• Abstract（参考訳）: キャビティ内の電磁界のモードや機械運動のようないくつかの高調波発振器の精密な量子制御と測定は、量子プラットフォームとしての使用の鍵となる。 捕捉されたイオンの運動モードは個別に制御でき、良好なコヒーレンス特性を持つ。 しかし,高忠実度2モード動作の実現と運動状態の非破壊計測は困難である。 ここでは、トラップイオン結晶のスペクトル分離された高調波運動モード間の単一運動量子のコヒーレントな交換を示す。 結合のタイミング、強度、位相は、適切な空間変動を有する振動電位を介して制御される。 デコヒーレンスレートよりもはるかに大きいカップリングレートは、高忠実度量子状態移動とビームスプリッター演算、運動モードの絡み合い、香港・ウー・マンデル型干渉の実証を可能にする。 さらに, 固定されたイオン運動状態の非破壊的射影測定を繰り返すために, 運動結合を用いる。 本研究は, 連続可変量子コンピューティングと誤差補正のための捕捉イオン運動の適合性を高め, 運動冷却および移動媒介の絡み合い相互作用の性能向上の機会を与える。

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