論文の概要: Coherent control over the high-dimensional space of the nuclear spin of alkaline-earth atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.01731v1
- Date: Fri, 03 Jan 2025 09:48:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-06 15:10:43.093687
- Title: Coherent control over the high-dimensional space of the nuclear spin of alkaline-earth atoms
- Title（参考訳）: アルカリ-希土類原子核スピンの高次元空間におけるコヒーレント制御
- Authors: Husain Ahmed, Andrea Litvinov, Pauline Guesdon, Etienne Maréchal, John H. Huckans, Benjamin Pasquiou, Bruno Laburthe-Tolra, Martin Robert-de-Saint-Vincent,
- Abstract要約: 我々は超低温ストロンチウム87原子の核自由度のコヒーレントな操作を示す。
我々は、対応する大きなヒルベルト空間を量子資源として完全に活用するためのツールキットを提供する。
本稿では,3秒後に測定可能なデコヒーレンスを伴わない孤立したゼーマン状態を含むラムゼー干渉計を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: We demonstrate coherent manipulation of the nuclear degrees of freedom of ultracold ground-state strontium 87 atoms, thus providing a toolkit for fully exploiting the corresponding large Hilbert space as a quantum resource and for quantum simulation experiments with SU(N)-symmetric matter. By controlling the resonance conditions of Raman transitions with a tensor light shift, we can perform rotations within a restricted Hilbert space of two isolated spin states among the 2F+1 = 10 possible states. These manipulations correspond to engineering unitary operations deriving from generators of the SU(N) algebra beyond what can be done by simple spin precession. We present Ramsey interferometers involving an isolated pair of Zeeman states with no measurable decoherence after 3 seconds. We also demonstrate that one can harvest the large spin degrees of freedom as a qudit resource by implementing two interferometer schemes over four states. The first scheme senses in parallel multiple external fields acting on the atoms, and the second scheme simultaneously measures multiple observables of a collective atomic state - including non-commuting ones. Engineering unitary transformations of the large spin driven by other generators than the usual spin-F representation of the SU(2) group offers new possibilities from the point of view of quantum metrology and quantum many-body physics, notably for the quantum simulation of large-spin SU(N)-symmetric quantum magnetism with fermionic alkaline-earth atoms.
- Abstract（参考訳）: 我々は超低温ストロンチウム87原子の核自由度のコヒーレントな操作を実証し、対応する大きなヒルベルト空間を量子資源として完全に活用するためのツールキットと、SU(N)対称物質を用いた量子シミュレーション実験のためのツールキットを提供する。
ラマン転移の共鳴条件をテンソル光シフトで制御することにより、2F+1 = 10の可能な状態の中で2つの孤立スピン状態の制限されたヒルベルト空間内で回転することができる。
これらの操作は、単純なスピン述語によってできることを超えて SU(N) 代数の生成元から導かれる工学的ユニタリ演算に対応する。
本稿では,3秒後に測定可能なデコヒーレンスを伴わない孤立したゼーマン状態を含むラムゼー干渉計を提案する。
また、4つの状態に2つの干渉計を組み込むことで、キュディット資源として大きなスピン度の自由度を得られることを示す。
第1のスキームは、原子に作用する平行な複数の外界を感知し、第2のスキームは同時に、非可換な原子状態を含む集合的な原子状態の複数の可観測物を測定する。
SU(2)群の通常のスピン-F表現よりも、他のジェネレータによって駆動される大きなスピンの工学的ユニタリ変換は、特にフェルミオンアルカリ原子を持つ大スピンSU(N)対称量子磁気学の量子シミュレーションにおいて、量子メートル法と量子多体物理学の観点から新たな可能性をもたらす。
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