論文の概要: Parametric Amplification of Spin-Motion Coupling in Three-Dimensional Trapped-Ion Crystals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.16741v1
• Date: Tue, 22 Jul 2025 16:28:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-23 21:34:14.203726
• Title: Parametric Amplification of Spin-Motion Coupling in Three-Dimensional Trapped-Ion Crystals
• Title（参考訳）: 3次元トラップイオン結晶におけるスピン運動結合のパラメトリック増幅
• Authors: Samarth Hawaldar, N. Nikhil, Ana Maria Rey, John J. Bollinger, Athreya Shankar,
• Abstract要約: 3次元結晶(3D)は、量子センシングや量子シミュレーションへの応用のために、捕捉されたイオンシステムをスケールアップする経路を提供する。 工学的コヒーレントなスピン-モーション結合と大きな結晶における効果的なスピン-スピン相互作用は技術的な課題を引き起こす。 パラメトリック増幅による3次元結晶における相互作用の高速化の可能性を探る。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Three-dimensional (3D) crystals offer a route to scale up trapped ion systems for quantum sensing and quantum simulation applications. However, engineering coherent spin-motion couplings and effective spin-spin interactions in large crystals poses technical challenges associated with decoherence and prolonged timescales to generate appreciable entanglement. Here, we explore the possibility to speed up these interactions in 3D crystals via parametric amplification. We derive a general Hamiltonian for the parametric amplification of spin-motion coupling that is applicable to crystals of any dimension in both rf Paul traps and Penning traps. Unlike in lower dimensional crystals, we find that the ability to faithfully (uniformly) amplify the spin-spin interactions in 3D crystals depends on the physical implementation of the spin-motion coupling. We consider the light-shift (LS) gate, and the so-called phase-insensitive and phase-sensitive M{\o}lmer-S{\o}rensen (MS) gates, and find that only the latter gate can be faithfully amplified in general 3D crystals. We discuss a situation where non-uniform amplification can be advantageous. We also reconsider the impact of counter-rotating terms on parametric amplification and find that they are not as detrimental as previous studies suggest.
• Abstract（参考訳）: 3次元結晶(3D)は、量子センシングや量子シミュレーションへの応用のために、捕捉されたイオンシステムをスケールアップする経路を提供する。 しかし、工学的コヒーレントなスピン-モーション結合と大きな結晶における効果的なスピン-スピン相互作用は、脱コヒーレンスと長い時間スケールに関連する技術的課題を生じさせ、良好な絡み合いを生み出す。 本稿では、パラメトリック増幅による3次元結晶における相互作用の高速化の可能性を探る。 我々は、Rfポールトラップとペニングトラップの両方の任意の次元の結晶に適用可能なスピン-運動結合のパラメトリック増幅のための一般ハミルトン函数を導出する。 低次元結晶とは異なり、3次元結晶におけるスピン-スピン相互作用を忠実に(一様に)増幅する能力は、スピン-モーション結合の物理的実装に依存する。 我々は、光シフト(LS)ゲートと、いわゆる位相非感受性M{\o}lmer-S{\o}rensen(MS)ゲートを考察し、一般に3次元結晶において後者のゲートのみが忠実に増幅できることを見出した。 非一様増幅が有利な状況について論じる。 また、逆回転項がパラメトリック増幅に与える影響を再考し、従来の研究が示唆するほど有害ではないことを見出した。

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