論文の概要: A scalable narrow linewidth high power laser for barium ion optical qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.03388v2
• Date: Mon, 8 Jan 2024 09:53:43 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-09 22:12:43.781840
• Title: A scalable narrow linewidth high power laser for barium ion optical qubit
• Title（参考訳）: バリウムイオン光量子ビット用スケーラブル狭線幅高出力レーザー
• 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量子ビット数でスケールアップするにつれて、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 the high fidelity of ion trap quantum processors and optical clocks. As quantum computing endeavors scale up in qubit number, 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 (TDFAs) 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 $160 \pm 15$ Hz and $156 \pm 16$ Hz, respectively, using these two methods, underscoring the reliability of our measurement techniques. The slight variation between the two methods can 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）: レーザーの直線幅は、イオントラップ量子プロセッサと光時計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が量子ビット数でスケールアップするにつれて、超狭線幅の高出力レーザーの需要は必須となり、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。 本研究では, 閉じ込められたバリウムイオン量子ビットの光量子ビット遷移に対処する手段として, タリウムドープファイバ増幅器(TDFAs)の有効性を検討した。 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。 その結果, ライン幅値は, それぞれ160 \pm 15$ hz と 156 \pm 16$ hz の値を示し, この2つの手法を用いて, 測定手法の信頼性を強調した。 2つの方法のわずかな変化は、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。 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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