論文の概要: High power narrow linewidth laser for scaling barium ion optical qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.03388v1
• Date: Wed, 6 Dec 2023 09:56:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-07 15:20:34.318030
• Title: High power narrow linewidth laser for scaling barium ion optical qubit
• Title（参考訳）: バリウムイオン光学量子ビットのスケーリング用高出力狭線幅レーザー
• Authors: Morteza Ahmadi, Tarun Dutta, and Manas Mukherjee
• Abstract要約: 量子コンピューティングの取り組みが拡大するにつれて、超狭線幅の高出力レーザーの需要は必需品となる。 本研究は、トラップされたバリウムイオン量子ビットにおける光量子ビット遷移に対処するための、サリウムドープファイバ増幅器の有効性について検討する。 我々は, 極小強度雑音を発生させながら, 量子ビットに高忠実ゲートを施すことにより, TDFAsはシードレーザーの直線幅を著しく拡大しないことを示した。
• 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: The linewidth of a laser plays a pivotal role in ensuring high fidelity of ion trap quantum processors and optical clocks. As quantum computing endeavors scale up, the demand for higher laser power with ultra-narrow linewidth becomes imperative, and leveraging fiber amplifiers emerges as a promising approach to meet these requirements. This study explores the effectiveness of Thulium-doped fiber amplifiers as a viable solution for addressing optical qubit transitions in trapped barium ion qubits. We demonstrate that by performing high-fidelity gates on the qubit while introducing minimal intensity noise, TDFAs do not significantly broaden the linewidth of the seed lasers. We employed a Voigt fitting scheme in conjunction with a delayed self-heterodyne method to accurately measure the linewidth independently, corroborating our findings through quadrupole spectroscopy with trapped barium ions. Our results show linewidth values of $\sim$ $160$~Hz and $156$~Hz, respectively, using these two methods, underscoring the reliability of our measurement techniques. The slight variation between the two methods may be attributed to factors such as amplified spontaneous emission in the TDFA or the influence of $1/f$ noise within the heterodyne setup delay line. These contribute to advancing our understanding of laser linewidth control in the context of ion trap quantum computing as well as stretching the availability of narrow linewidth, high-power tunable lasers beyond the C-band.
• Abstract（参考訳）: レーザーの線幅は、イオントラップ量子プロセッサと光クロックの高忠実性を保証する上で重要な役割を果たす。 量子コンピューティングの取り組みが拡大するにつれて、超狭線幅の高出力レーザーの需要は必需品となり、これらの要求を満たすための有望なアプローチとしてファイバ増幅器が出現する。 本研究は、トラップされたバリウムイオン量子ビットにおける光量子ビット遷移に対処するための、サリウムドープファイバ増幅器の有効性について検討する。 我々は, 極小強度雑音を発生させながら, 量子ビットに高忠実ゲートを施すことにより, TDFAsはシードレーザーの直線幅を著しく拡大しないことを示した。 我々は, 遅延自己ヘテロダイン法を併用したvoigtフィッティング法を用いて線幅を独立に測定し, バリウムイオンを捕捉した四極子分光法を用いて検討した。 この2つの手法を用いて,それぞれ160ドル～Hzと156ドル～Hzのライン幅値を示し,測定手法の信頼性を実証した。 2つの方法のわずかな違いは、tdfaの増幅自発的放出やヘテロダイン設定遅延ライン内の1/f$ノイズの影響によって引き起こされる可能性がある。 これらは、イオントラップ量子コンピューティングの文脈でレーザー線幅制御の理解を深め、cバンドを超える狭線幅の高出力波長可変レーザーの可用性を伸ばすのに役立つ。

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