論文の概要: Extending the coherence time limit of a single-alkali-atom qubit by suppressing phonon-jumping-induced decoherence
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.11196v3
- Date: Thu, 27 Feb 2025 04:03:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-28 14:52:35.910790
- Title: Extending the coherence time limit of a single-alkali-atom qubit by suppressing phonon-jumping-induced decoherence
- Title（参考訳）: フォノンジャンピングによる脱コヒーレンス抑制による単一アルカリ原子クビットのコヒーレンス時間限界の延長
- Authors: Zhuangzhuang Tian, Haobo Chang, Xin Lv, Mengna Yang, Zhihui Wang, Pengfei Yang, Pengfei Zhang, Gang Li, Tiancai Zhang,
- Abstract要約: 電子状態に符号化された量子ビットのコヒーレンス時間は、最も重要なパラメータの1つである。
コヒーレンス時間は電子状態間のエネルギーの相対安定性によって決定される。
光学的に捕捉されたアルカリ原子の2つの基底電子状態に符号化された量子ビットのデコヒーレンスを完全に記述する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.585565798915038
- License:
- Abstract: In the fields of quantum metrology and quantum information processing with the system of optically trapped single neutral atoms, the coherence time of qubit encoded in the electronic states is regarded as one of the most important parameters. Longer coherence time is always pursued for higher precision of measurement and quantum manipulation. The coherence time is usually assumed to be merely determined by relative stability of the energy between the electronic states, and the analysis of the decoherence was conducted by treating the atom motion classically. We proposed a complete description of the decoherence of a qubit encoded in two ground electronic states of an optically trapped alkali atom by adopting a full description of the atomic wavefunction. The motional state, i.e., the phonon state, is taken into account. In addition to decoherence due to the variance of differential light shift (DLS), a new decoherence mechanism, phonon-jumping-induced decoherence (PJID), was discovered and verified experimentally. The coherence time of a single-cesium-atom qubit can be extended to $T_2\approx 20$ s by suppressing both the variances of DLS and PJID by trapping the atom in a blue-detuned bottle beam trap (BBT) and preparing the atom in its three-dimensional motional ground states. The coherence time is the longest for a qubit encoded in an optically trapped single alkali atom. Our work provides a deep understanding of the decoherence mechanism for single atom qubits and thus provides a new way to extend the coherence time limit. The method can be applied for other atoms and molecules, opening up new prospects for high-precision control the quantum states of optically trapped atoms or molecules.
- Abstract（参考訳）: 量子力学と量子情報処理の分野では、電子状態に符号化された量子ビットのコヒーレンス時間が最も重要なパラメータの1つである。
より長いコヒーレンス時間は、常に高い測定精度と量子操作のために追求される。
コヒーレンス時間は通常、電子状態間のエネルギーの相対安定性によってのみ決定されると考えられ、古典的に原子運動を処理してデヒーレンスの分析を行った。
光学的に閉じ込められたアルカリ原子の2つの基底電子状態に符号化された量子ビットのデコヒーレンスの完全な記述を、原子波関数の完全な記述を用いて提案した。
運動状態、すなわちフォノン状態が考慮される。
差分光シフト(DLS)のばらつきによるデコヒーレンスに加え、新しいデコヒーレンス機構であるフォノンジャンピング誘発デコヒーレンス(PJID)が発見され、実験的に検証された。
単一セシウム-原子量子ビットのコヒーレンス時間は、青色変形したボトルビームトラップ(BBT)において原子をトラップし、その3次元運動基底状態において原子を調製することにより、DLSとPJIDのばらつきを抑えることにより、$T_2\approx 20$sに拡張することができる。
コヒーレンス時間(コヒーレンス時間)は、光学的に閉じ込められた単一のアルカリ原子に符号化された量子ビットの中では最長である。
我々の研究は、単一原子量子ビットのデコヒーレンス機構の深い理解を提供し、そのため、コヒーレンス時間制限を拡張する新しい方法を提供する。
この方法は、他の原子や分子にも適用でき、光学的に閉じ込められた原子や分子の量子状態の高精度制御の新しい展望が開かれる。
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