論文の概要: Single-atom imaging of ${}^{173}$Yb in optical tweezers loaded by a five-beam magneto-optical trap
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.07371v1
- Date: Mon, 12 May 2025 09:14:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-13 20:21:49.325794
- Title: Single-atom imaging of ${}^{173}$Yb in optical tweezers loaded by a five-beam magneto-optical trap
- Title（参考訳）: 5ビーム磁気光学トラップ搭載光ツイーザにおける${}^{173}$Ybの単原子イメージング
- Authors: Omar Abdel Karim, Alessandro Muzi Falconi, Riccardo Panza, Wenliang Liu, Francesco Scazza,
- Abstract要約: 光学式ツイーザアレイにおけるイッテルビウム原子のトラップとイメージングについて報告する。
5ビームの磁気光学トラップでは、重力は1つの上向きビームの放射圧のバランスをとる。
我々は、フェルミオン同位体である173ドルYbの1つの原子分解イメージングを初めて実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.572754656757475
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We report on the trapping and imaging of individual ytterbium atoms in arrays of optical tweezers, loaded from a magneto-optical trap (MOT) formed by only five beams in an orthogonal configuration. In our five-beam MOT, operating on the narrow ${}^1$S${}_0 \rightarrow {}^3$P${}_1$ intercombination transition, gravity balances the radiation pressure of a single upward-directed beam. This approach enables efficient trapping and cooling of the most common ytterbium isotopes (${}^{171}$Yb, ${}^{173}$Yb and ${}^{174}$Yb) to $\lesssim 20\,\mu$K at densities $\sim 10^{11}$ atoms/cm$^3$ within less than one second. This configuration allows for significantly reducing the complexity of the optical setup, potentially benefiting any ytterbium-atom based quantum science platform leveraging single-atom microscopy, from quantum processors to novel optical clocks. We then demonstrate the first single-atom-resolved imaging of the fermionic, large-spin isotope ${}^{173}$Yb ($I=5/2$), employing a two-color imaging scheme that does not rely on magic-wavelength trapping. We achieve a high single-atom imaging fidelity of $99.96(1)\%$ and a large survival probability of $98.5(2)\%$, despite large differential light shifts affecting all nuclear spin sublevels of the excited ${}^3$P${}_1$ state involved in the cooling transition. The demonstrated capabilities will play a key role in future quantum simulations and computing applications with ${}^{173}$Yb arrays.
- Abstract（参考訳）: 磁気光学トラップ(MOT)を直交配置に5本の光線のみを装填した光ツイーザのアレイ中のイッテルビウム原子のトラップと撮像について報告する。
私たちの5ビームMOTでは、狭い${}^1$S${}_0 \rightarrow {}^3$P${}_1$intercombination transitionで、重力は1つの上向きビームの放射圧のバランスをとる。
このアプローチにより、最も一般的なイッテルビウム同位体({}^{171}$Yb, ${}^{173}$Yb, ${}^{174}$Yb)を1秒以内で$\lesssim 20\,\mu$Kに効率的にトラップし冷却することができる。
この構成により、光学装置の複雑さを大幅に減らすことができ、量子プロセッサから新しい光学時計まで、単一の原子顕微鏡を利用するイッテルビウム原子ベースの量子科学プラットフォームに恩恵をもたらす可能性がある。
次に、マジック波長トラップに依存しない2色イメージングスキームを用いて、フェルミオン型で大きなスピン同位体である${}^{173}$Yb(I=5/2$)の最初の単原子分解イメージングを実演する。
我々は、励起された${}^3$P${}_1$状態のすべての核スピンサブレベルに影響を与える大きな差分光シフトにもかかわらず、99.96(1)\%$の高単原子イメージング忠実度と98.5(2)\%$の大きな生存確率を達成した。
実証された機能は、将来の量子シミュレーションや${}^{173}$Yb配列の計算アプリケーションにおいて重要な役割を果たす。
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