論文の概要: Optical field characterization at the fundamental limit of spatial resolution with a trapped ion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.07214v1
• Date: Mon, 08 Sep 2025 20:48:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-10 14:38:27.120302
• Title: Optical field characterization at the fundamental limit of spatial resolution with a trapped ion
• Title（参考訳）: 閉じ込められたイオンによる空間分解能の基本的な限界における光場特性
• Authors: Nikhil Kotibhaskar, Sainath Motlakunta, Anthony Vogliano, Lewis Hahn, Rajibul Islam,
• Abstract要約: イオン-光相互作用の解析モデルを開発し,そのモデルを用いて強度と偏光を抽出する。 重要な洞察は、このモデルの逆は、制限された意味で、ディープニューラルネットワーク上で学習できるということである。 このスピードアップにより、サブ波長スケールでの光の探査により、光学機器の特徴付けが可能なフィールド展開が可能となる。
• 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: Optical systems capable of generating fields with sub-wavelength spatial features have become standard in science and engineering research and industry. Pertinent examples include atom- and ion-based quantum computers and optical lithography setups. So far, no tools exist to characterize such fields - both intensity and polarization - at sub-wavelength length scales. We use a single trapped atomic ion, confined to approximately 40 nm X 40 nm X 180 nm to sense a laser light field at a wavelength of 370 nm. With its spatial extent smaller than the absorption cross-section of a resonant detector, the ion-sensor operates at the fundamental limit of spatial resolution. Our technique relies on developing an analytical model of the ion-light interaction and using the model to extract the intensity and polarization. An important insight provided in this work is also that the inverse of this model can be learned, in a restricted sense, on a deep neural network, speeding up the intensity and polarization readout by five orders of magnitude. This speed-up makes the technique field-deployable to characterize optical instruments by probing light at the sub-wavelength scale.
• Abstract（参考訳）: サブ波長空間特性を持つフィールドを生成できる光学系は、科学・工学研究・産業において標準となっている。 関連する例としては、原子とイオンベースの量子コンピュータと光学リソグラフィーのセットアップがある。 これまでのところ、そのようなフィールド(強度と偏光の両方)をサブ波長長スケールで特徴づける道具は存在しない。 我々は、約40 nm X 40 nm X 180 nmに閉じ込められた単一の原子イオンを用いて、370 nmの波長でレーザー光場を感知する。 共振器検出器の吸収断面積よりも空間範囲が小さいため、イオンセンサーは空間分解能の基本的な限界で作動する。 本手法は, イオン-光相互作用の解析モデルの開発と, 強度と偏光の抽出に利用することに依存する。 この研究で提供される重要な洞察は、このモデルの逆は、深いニューラルネットワーク上で制限された意味で学習することができ、強度と偏光の読み出しを5桁の速さでスピードアップできるということである。 このスピードアップにより、サブ波長スケールでの光の探査により、光学機器の特徴付けが可能なフィールド展開が可能となる。

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