論文の概要: 3D-Printed Micro Ion Trap Technology for Scalable Quantum Information Processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.00595v2
• Date: Thu, 5 Oct 2023 06:42:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-06 11:14:04.465290
• Title: 3D-Printed Micro Ion Trap Technology for Scalable Quantum Information Processing
• Title（参考訳）: スケーラブル量子情報処理のための3Dプリントマイクロイオントラップ技術
• Authors: Shuqi Xu, Xiaoxing Xia, Qian Yu, Sumanta Khan, Eli Megidish, Bingran You, Boerge Hemmerling, Andrew Jayich, Juergen Biener, Hartmut H\"affner
• Abstract要約: 量子情報、精密測定、光学時計、質量分析などのトラップイオンの応用は、特殊な高性能イオントラップに依存している。 3Dプリントしたイオントラップは,従来の3Dトラップとフォトリソグラフィーによる小型化の利点を組み合わせたものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.145299304670734
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Trapped-ion applications, such as in quantum information, precision measurements, optical clocks, and mass spectrometry, rely on specialized high-performance ion traps. The latter applications typically employ traditional machining to customize macroscopic 3D Paul traps, while quantum information processing experiments usually rely on photo-lithographic techniques to miniaturize the traps and meet scalability requirements. Using photolithography, however, it is challenging to fabricate the complex three-dimensional electrode structures required for optimal confinement. Here we address these limitations by adopting a high-resolution 3D printing technology based on two-photon polymerization supporting fabrication of large arrays of high-performance miniaturized 3D traps. We show that 3D-printed ion traps combine the advantages of traditionally machined 3D traps with the miniaturization provided by photolithography by confining single calcium ions in a small 3D-printed ion trap with radial trap frequencies ranging from 2 MHz to 24 MHz. The tight confinement eases ion cooling requirements and allows us to demonstrate high-fidelity coherent operations on an optical qubit after only Doppler cooling. With 3D printing technology, the design freedom is drastically expanded without sacrificing scalability and precision so that ion trap geometries can be optimized for higher performance and better functionality.
• Abstract（参考訳）: 量子情報、精密測定、光学時計、質量分析などのトラップイオンの応用は、特殊な高性能イオントラップに依存している。 後者のアプリケーションは通常、マクロな3Dポールトラップをカスタマイズするために伝統的な加工を使用し、量子情報処理の実験は通常、トラップを小型化しスケーラビリティの要求を満たすためにフォトリソグラフィ技術に依存する。 しかし、フォトリソグラフィーを用いて最適な閉じ込めに必要な複雑な3次元電極構造を構築することは困難である。 本稿では,2光子重合による高分解能3d印刷技術を採用し,高性能な小型3dトラップの大量製造を支援する。 3dプリントイオントラップは,従来の3dトラップの利点と,1個のカルシウムイオンを2mhzから24mhzのラジアルトラップ周波数の小さな3dプリントイオントラップに閉じ込めることで,フォトリソグラフィによる小型化を組み合わせる。 この密閉は、イオン冷却要件を緩和し、ドップラー冷却のみで光学量子ビット上での高忠実性コヒーレント操作を示すことができる。 3dプリンティング技術により、設計の自由度はスケーラビリティと精度を犠牲にすることなく大幅に拡大され、イオントラップジオメトリはより高い性能と優れた機能性のために最適化される。

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