論文の概要: Ultrafast high-fidelity state readout of single neutral atom

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.12584v1
• Date: Tue, 17 Dec 2024 06:37:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-18 13:57:18.821423
• Title: Ultrafast high-fidelity state readout of single neutral atom
• Title（参考訳）: 単一中性原子の超高速高忠実状態読み出し
• Authors: Jian Wang, Dong-Yu Huang, Xiao-Long Zhou, Ze-Min Shen, Si-Jian He, Qi-Yang Huang, Yi-Jia Liu, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo,
• Abstract要約: 単一中性原子は、低い達成可能な光子散乱率と浅いトラップ電位に悩まされる。 我々は、原子の明暗超微細状態の超高速かつ高忠実な識別を可能にする原子光放出率の強い向上を実現した。 この研究は、高い通信率と高い忠実度を持つ量子ネットワークプロトコルの実装への道を開くものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7835387215044194
• License:
• Abstract: The capability to measure the state of a quantum system is vital to a practical quantum network, for applications including distributed quantum computing and long-distance quantum communication. As a thriving platform for quantum information technology, single neutral atoms suffer from low achievable photon scattering rate and shallow trapping potential, which limits the fidelity and speed of state readout process. Here, by coupling an single neutral atom with a high-finesse fiber-based Fabry-P\'erot microcavity (FFPC) in Purcell regime, we realize strong enhancement of the atomic photoemission rate, which enables ultrafast and high-fidelity discrimination of bright and dark hyperfine states of the atom. The readout fidelity can reach 99.1(2)% within 200 ns and 99.985(8)% within 9 $\mu$s. Furthermore, we demonstrate that state preparation via optical pumping can be efficiently accelerated by real-time decision protocol based on ultrafast state readout. This work paves the way to the implementation of quantum networking protocols with high communication rate and high fidelity.
• Abstract（参考訳）: 分散量子コンピューティングや長距離量子通信を含むアプリケーションにおいて、量子システムの状態を測定する能力は、実用的な量子ネットワークにとって不可欠である。 量子情報技術の繁栄するプラットフォームとして、単一中性原子は低達成可能な光子散乱速度と浅いトラップ電位に悩まされ、状態読み出しプロセスの忠実さと速度が制限される。 ここでは、単一中性原子と高ファイナンス繊維系Fabry-P'erotマイクロキャビティ(FFPC)をパーセル系で結合することにより、原子の明暗超微細状態の超高速かつ高忠実な識別を可能にする原子光放出率の強い向上を実現する。 読み出し忠実度は200 nsで99.1(2)%、9$\mu$sで99.985(8)%に達する。 さらに、超高速な状態読み出しに基づくリアルタイム決定プロトコルにより、光ポンピングによる状態準備を効率的に高速化できることを実証する。 この研究は、高い通信率と高い忠実度を持つ量子ネットワークプロトコルの実装への道を開くものである。

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