論文の概要: Coherence Preserving Leakage Detection and Cooling in Alkaline Earth Atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.23430v1
- Date: Wed, 30 Oct 2024 20:17:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-01 17:00:33.634246
- Title: Coherence Preserving Leakage Detection and Cooling in Alkaline Earth Atoms
- Title（参考訳）: アルカリ土類中の漏れ検出・冷却のためのコヒーレンス保存
- Authors: Sivaprasad Omanakuttan, Vikas Buchemmavari, Michael J. Martin, Ivan H Deutsch,
- Abstract要約: アルカリ土類状原子の核スピンに量子情報を符号化することで量子非破壊(QND)プロセスを可能にする。
これらの進歩は、フォールトトレラント量子計算における中性原子の展望を大幅に改善する可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Optically trapped atoms in arrays of optical tweezers have emerged as a powerful platform for quantum information processing given the recent demonstrations of high-fidelity quantum logic gates and on-demand reconfigurable geometry. Both in gate operations and atomic transport, additional errors will occur due to leakage out of the computation space, atomic motional heating, or loss of an atom out of a trap completely. In this work, we address these error channels in a unified manner through laser fluorescence that can detect and cool the atom without disturbing the quantum information encoded therein. As only the electrons in the atom couple directly to the laser field, such quantum nondemolition (QND) processes are made possible by encoding quantum information in the nuclear spin of alkaline earth-like atoms and avoiding the effects of the hyperfine interaction which couples it to the electrons. By detuning a fluorescence laser off-resonantly from the $\mathrm{^1S_0} \rightarrow \mathrm{^1P_1}$ transition, far compared to the (small) hyperfine spitting, optical pumping between nuclear states falls off rapidly with detuning, scaling as $~1/\Delta^4$. In contrast, Rayleigh scattering falls off as $~1/\Delta^2$. We also consider a resonant leakage detection protocol off the $^1\mathrm{P}_1$ line. This is achieved by disabling the hyperfine coupling via a strong AC stark effect and canceling the residual lightshifts via dressing. The same scheme can be used to recool the atoms towards the vibrational ground state for the quantum information encoded in the ground state of alkaline earth atoms while preserving the coherence. These advances could significantly improve the prospect of neutral atoms for fault-tolerant quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 高忠実度量子論理ゲートとオンデマンド再構成可能な幾何学の最近の実証から、光学式ツイーザのアレイに閉じ込められた原子が量子情報処理の強力なプラットフォームとして登場した。
ゲート操作と原子輸送の両方において、計算空間からの漏れ、原子運動加熱、トラップからの原子の喪失により、さらなるエラーが発生する。
本研究では、原子を検出・冷却できるレーザー蛍光を用いて、これらのエラーチャネルを統一的に処理する。
原子中の電子がレーザー場に直接結合するので、アルカリ土類のような原子の核スピンに量子情報を符号化し、電子に結合する超微細相互作用の影響を避けることで、量子非破壊(QND)プロセスが可能である。
蛍光レーザーを$\mathrm{^1S_0} \rightarrow \mathrm{^1P_1}$遷移から非共鳴的に分解することにより、(小さい)超微細なスピッティングと比較して、核状態間の光ポンピングは、劣化とともに急速に低下し、$~1/\Delta^4$となる。
対照的に、レイリー散乱は$~1/\Delta^2$である。
また、$^1\mathrm{P}_1$行の共鳴漏れ検出プロトコルについても検討する。
これは、強い交流スターク効果によって超微細結合を無効にし、ドレッシングにより残留光シフトをキャンセルすることで達成される。
同じ方法で、コヒーレンスを保ちながらアルカリ土類原子の基底状態に符号化された量子情報の振動基底状態に向けて原子を再冷却することができる。
これらの進歩は、フォールトトレラント量子計算における中性原子の展望を大幅に改善する可能性がある。
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