論文の概要: Microsecond-scale high-survival and number-resolved detection of ytterbium atom arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.01011v2
• Date: Wed, 02 Jul 2025 11:14:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-03 14:22:59.779656
• Title: Microsecond-scale high-survival and number-resolved detection of ytterbium atom arrays
• Title（参考訳）: イッテルビウム原子配列のマイクロ秒スケール高生存および数分解検出
• Authors: Alessandro Muzi Falconi, Riccardo Panza, Sara Sbernardori, Riccardo Forti, Ralf Klemt, Omar Abdel Karim, Matteo Marinelli, Francesco Scazza,
• Abstract要約: 我々は,光学式ツイーザにおける高速かつ低損失の単一原子イメージングを,アクティブ冷却なしで実証した。 我々は、99.9%以上の単原子識別忠実度と、99.5%以上の単発生存確率に達する。 本手法は多重占有トラップにおけるパリティ投影を誘導せず,各部位に複数の原子を多数検出できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.82692226532414
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Scalable atom-based quantum platforms for simulation, computing, and metrology require fast high-fidelity, low-loss imaging of individual atoms. Standard fluorescence detection methods rely on continuous cooling, limiting the detection range to one atom and imposing long imaging times that constrain the experimental cycle and mid-circuit conditional operations. Here, we demonstrate fast and low-loss single-atom imaging in optical tweezers without active cooling, enabled by the favorable properties of ytterbium. Collecting fluorescence over microsecond timescales, we reach single-atom discrimination fidelities above 99.9% and single-shot survival probabilities above 99.5%. Through interleaved recooling pulses, as short as a few hundred microseconds for atoms in magic traps, we perform tens of consecutive detections with constant atom-retention probability per image - an essential step toward fast atom re-use in tweezer-based processors and clocks. Our scheme does not induce parity projection in multiply-occupied traps, enabling number-resolved single-shot detection of several atoms per site. This allows us to study the near-deterministic preparation of single atoms in tweezers driven by blue-detuned light-assisted collisions. Moreover, the near-diffraction-limited spatial resolution of our low-loss imaging enables number-resolved microscopy in dense arrays, opening the way to direct site-occupancy readout in optical lattices for density fluctuation and correlation measurements in quantum simulators.
• Abstract（参考訳）: シミュレーション、計算、メトロジーのためのスケーラブルな原子ベースの量子プラットフォームは、個々の原子の高速で高忠実で低損失なイメージングを必要とする。 標準的な蛍光検出法は、連続冷却に依存し、検出範囲を1原子に制限し、実験サイクルと中間回路条件操作を制限した長時間の撮像時間を課す。 ここでは、イッテルビウムの良好な性質により、能動冷却のない光学式ツイーザにおける高速で低損失の単原子イメージングを実演する。 マイクロ秒の時間スケールで蛍光を収集すると、99.9%以上の単原子識別率、99.5%以上の単発生存確率に達する。 リルーリングパルスをインターリーブし、マジックトラップ中の原子の数百マイクロ秒を短くすることで、画像当たりの原子保持確率を一定にし、連続して何回も検出する。 本手法は多重占有トラップにおけるパリティ投影を誘導せず,各部位に複数の原子を多数検出できる。 これにより、青色に変形した光アシスト衝突によって駆動されるツイーザー内の単一原子のほぼ決定論的準備を研究できる。 さらに、低損失画像の近距離回折制限空間分解能は、高密度アレイにおける数分解顕微鏡を可能にし、量子シミュレータにおける密度変動と相関測定のための光学格子におけるサイト占有率の読み出しへの道を開く。

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