論文の概要: Coherence of Microwave and Optical Qubit Levels in Neutral Thulium

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.12887v1
• Date: Mon, 18 Aug 2025 12:38:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-19 14:49:11.341827
• Title: Coherence of Microwave and Optical Qubit Levels in Neutral Thulium
• Title（参考訳）: 中性タリウム中におけるマイクロ波と光量子レベルのコヒーレンス
• Authors: Denis Mishin, Dmitry Tregubov, Nikolay Kolachevsky, Artem Golovizin,
• Abstract要約: ツリウムが量子コンピューティングの候補となりうることを示し、超微細量子ビット符号化の利点とアルカリ土類状原子の高エネルギー準位構造を組み合わせた。 結果は、量子コンピューティングアプリケーションにツリウムを使用するための第一歩である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Hyperfine-encoded qubits in alkali atoms have established themselves as robust platforms for quantum computing, while alkaline-earth-like elements expand the state manipulation toolbox through their rich spectrum of optical transitions and metastable states. In this work, we demonstrate that thulium is a viable candidate for quantum computing, combining advantages of hyperfine qubit encoding with a rich energy-level structure of alkaline-earth-like atoms. We describe protocols for the initial state preparation and state-selective readout, and show single-qubit operations on the microwave transition at $1 497$ MHz. We demonstrate ground state hyperfine qubit coherence times up to $T_2^* = 22^{+2}_{-2}$ s and $T_2 = 55^{+59}_{-14}$ s, representing record-scale performance for neutral-atom systems. Furthermore, we show operations involving metastable optical states, including shelving for the state-selective readout as well as coherent population transfer of the ground state qubit with coherence time primarily limited by the metastable level natural lifetime of $112$ ms. These results mark the first step toward using thulium for quantum computing applications and highlight its promising characteristics.
• Abstract（参考訳）: アルカリ原子の超微細符号化量子ビットは、自らを量子コンピューティングの堅牢な基盤として確立し、アルカリ原子のような元素は、光遷移と準安定状態の豊富なスペクトルを通して状態操作ツールボックスを拡張する。 本研究では,超微細量子ビット符号化の利点とアルカリ性アース様原子の高エネルギー準位構造を組み合わせることで,ツリウムが量子コンピューティングの候補となることを実証する。 我々は、初期状態準備と状態選択読出しのためのプロトコルを説明し、マイクロ波遷移における単一量子ビット演算を1,497$MHzで示す。 我々は、基底状態超微細量子コヒーレンス時間を$T_2^* = 22^{+2}_{-2}$ s および $T_2 = 55^{+59}_{-14}$ s とし、中性原子系のレコードスケール性能を示す。 さらに、準安定な光状態を含む動作として、状態選択型読み出し用シェルビングや、準安定レベル自然寿命112$msのコヒーレンス時間による基底状態量子ビットのコヒーレントな人口移動を挙げる。

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