論文の概要: Collection of fluorescence from an ion using trap-integrated photonics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.01412v1
- Date: Fri, 02 May 2025 17:42:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-05 17:21:20.096749
- Title: Collection of fluorescence from an ion using trap-integrated photonics
- Title（参考訳）: トラップ集積フォトニックを用いたイオンからの蛍光の収集
- Authors: Felix W. Knollmann, Sabrina M. Corsetti, Ethan R. Clements, Reuel Swint, Aaron D. Leu, May E. Kim, Patrick T. Callahan, Dave Kharas, Thomas Mahony, Cheryl Sorace-Agaskar, Robert McConnell, Colin D. Bruzewicz, Isaac L. Chuang, Jelena Notaros, John Chiaverini,
- Abstract要約: 自発的に放出される光子は、発光する原子の電子的および核的自由度と絡み合っている。
現在の実証は、環境に誘起される位相不安定に苦しむバルク光子衝突とオペレーティング光学に依存している。
本研究では、受動的位相安定性、直感的なフォトニック操作、本質的な安定性を実現するための収集方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Spontaneously emitted photons are entangled with the electronic and nuclear degrees of freedom of the emitting atom, so interference and measurement of these photons can entangle separate matter-based quantum systems as a resource for quantum information processing. However, the isotropic nature of spontaneous emission hinders the single-mode photonic operations required to generate entanglement. Current demonstrations rely on bulk photon-collection and manipulation optics that suffer from environment-induced phase instability, mode matching challenges, and system-to-system variability, factors that impede scaling to the large numbers of entangled pairs needed for quantum information processing. To address these limitations, we demonstrate a collection method that enables passive phase stability, straightforward photonic manipulation, and intrinsic reproducibility. Specifically, we engineer a waveguide-integrated grating to couple photons emitted from a trapped ion into a single optical mode within a microfabricated ion-trap chip. Using the integrated collection optic, we characterize the collection efficiency, image the ion, and detect the ion's quantum state. This proof-of-principle demonstration lays the foundation for leveraging the inherent stability and reproducibility of integrated photonics to efficiently create, manipulate, and measure multipartite quantum states in arrays of quantum emitters.
- Abstract（参考訳）: 自発的に放出される光子は、放出される原子の電子的および核的な自由度に絡まっており、これらの光子の干渉と測定は、量子情報処理のリソースとして、物質ベースの量子系を絡み合わせることができる。
しかし、自然放出の等方性は、絡み合いを引き起こすのに必要な単モードフォトニック操作を妨げている。
現在の実証では、環境に起因した位相不安定、モードマッチングの課題、システム間変動、量子情報処理に必要な多数の絡み合ったペアのスケーリングを妨げる要因に悩まされているバルク光子補正と操作光学に依存している。
これらの制約に対処するため,受動的位相安定性,フォトニック操作,本質的な再現性を実現したコレクション手法を実証した。
具体的には,マイクロファブリケートイオントラップチップ内において,トラップイオンから放出される光子を単一光モードに分解する導波管集積格子を設計した。
集積コレクション光学を用いて、収集効率を特徴づけ、イオンを撮像し、イオンの量子状態を検出する。
この実証実験は、集積フォトニクスの固有の安定性と再現性を利用して、量子エミッタの配列内の多部量子状態を効率的に生成、操作、測定するための基礎となる。
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