論文の概要: Qubit operations using a modular optical system engineered with PyOpticL: a code-to-CAD optical layout tool
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.14957v1
- Date: Fri, 24 Jan 2025 22:44:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-28 13:56:04.183086
- Title: Qubit operations using a modular optical system engineered with PyOpticL: a code-to-CAD optical layout tool
- Title（参考訳）: PyOpticLを用いたモジュール型光学系を用いたクビット演算:コード・トゥ・CAD光レイアウトツール
- Authors: Jacob Myers, Christopher Caron, Nishat Helaly, Zhenyu Wei, Justin Oh, Zack Gotobed, Kotaro Yabe, Robert J. Niffenegger,
- Abstract要約: 本稿では、ビームパスシミュレーションと動的ビームパスルーティングを用いて、高速で簡単な光レイアウトを実現する、光レイアウトのためのオープンソースのPythonライブラリ(PyOpticL)を提案する。
我々はPyOpticLを用いて、原子・分子光学(AMO)実験で使用される共通光学サブシステムのためのモジュラードロップイン光学ベースプレートを作成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8030359871216614
- License:
- Abstract: Complex optical design is hindered by conventional piecewise setup, which prevents modularization and therefore abstraction of subsystems at the circuit level. This limits multiple fields that require complex optics systems, including quantum computing with atoms and trapped ions, because their optical systems are not scalable. We present an open-source Python library for optical layout (PyOpticL) which uses beam-path simulation and dynamic beam-path routing for quick and easy optical layout by placing optical elements along the beam path without a priori specification, enabling dynamic layouts with automatic routing and connectivity. We use PyOpticL to create modular drop-in optical baseplates for common optical subsystems used in atomic and molecular optics (AMO) experiments including laser sources, frequency and intensity modulation, and locking to an atomic reference for stabilization. We demonstrate this minimal working example of a dynamic full laser system for strontium trapped ions by using it for laser cooling, qubit state detection, and 99.9% fidelity single-qubit gates with 3D printed baseplates. This enables a new paradigm of design abstraction layers for engineering optical systems leveraging modular baseplates, as they can be used for any wavelength in the system and enables scaling up the underlying optical systems for quantum computers. This new open-source hardware and software code-to-CAD library seeks to foster open-source collaborative hardware and systems design across numerous fields of research including AMO physics and quantum computing with neutral atoms and trapped ions.
- Abstract（参考訳）: 複雑な光学設計は、モジュール化を防止し、回路レベルでのサブシステムの抽象化を阻害する、従来の断片的な設定によって妨げられる。
これは、原子による量子コンピューティングや閉じ込められたイオンを含む複雑な光学系を必要とする複数のフィールドを制限する。
我々は,ビームパスシミュレーションと動的ビームパスルーティングを用いて,光要素を事前仕様なしでビームパスに沿って配置し,動的レイアウトを自動ルーティングと接続で実現する,光レイアウト用オープンソースのPythonライブラリ(PyOpticL)を提案する。
我々はPyOpticLを用いて、レーザー源、周波数および強度変調、安定化のための原子基準へのロックを含む原子・分子光学(AMO)実験で使用される共通光学サブシステムのためのモジュラードロップイン光学ベースプレートを作成する。
レーザー冷却、量子状態検出、および3Dプリントベースプレートを用いた99.9%の忠実度単一量子ゲートを用いて、ストロンチウム捕捉イオンの動的フルレーザーシステムの最小動作例を示す。
これにより、モジュラーベースプレートを利用する光学系の設計抽象化レイヤの新たなパラダイムが可能になり、システムの任意の波長で使用でき、量子コンピュータの基盤となる光学系をスケールアップすることができる。
この新しいオープンソースハードウェアとソフトウェアコード・トゥ・CADライブラリは、AMO物理学や中性原子と閉じ込められたイオンによる量子コンピューティングを含む多くの研究分野にわたる、オープンソースの共同ハードウェアとシステム設計の促進を目指している。
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