論文の概要: Ion-Based Characterization of Laser Beam Profiles for Quantum Information Processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.03966v1
• Date: Sat, 04 Oct 2025 22:34:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-07 16:52:59.361162
• Title: Ion-Based Characterization of Laser Beam Profiles for Quantum Information Processing
• Title（参考訳）: 量子情報処理のためのレーザービームプロファイルのイオンベースキャラクタリゼーション
• Authors: Ilyoung Jung, Frank G. Schroer, Philip Richerme,
• Abstract要約: レーザー駆動操作は、閉じ込められたイオンアレイにおける1ビットと2ビットのゲートのエンジニアリングの一般的なアプローチである。 これらのレーザーの重要なパラメータ、例えばビームサイズ、強度、偏光は、ゲート速度と安定性を予測し、最適化するために中心となる。 ここでは、イオン自体が量子ゲート操作に必要なレーザービームを直接特徴付けるセンサーとしてどのように用いられるかを示す。
• 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: Laser-driven operations are a common approach for engineering one- and two-qubit gates in trapped-ion arrays. Measuring key parameters of these lasers, such as beam sizes, intensities, and polarizations, is central to predicting and optimizing gate speeds and stability. Unfortunately, it is challenging to accurately measure these properties at the ion location within an ultra-high vacuum chamber. Here, we demonstrate how the ions themselves may be used as sensors to directly characterize the laser beams needed for quantum gate operations. Making use of the four-photon Stark Shift effect in $^{171}$Yb$^+$ ions, we measure the profiles, alignments, and polarizations of the lasers driving counter-propagating Raman transitions. We then show that optimizing the parameters of each laser individually leads to higher-speed Raman-driven gates with smaller susceptibility to errors. Our approach demonstrates the capability of trapped ions to probe their local environments and to provide useful feedback for improving system performance.
• Abstract（参考訳）: レーザー駆動操作は、閉じ込められたイオンアレイにおける1ビットと2ビットのゲートのエンジニアリングの一般的なアプローチである。 これらのレーザーの重要なパラメータ、例えばビームサイズ、強度、偏光を測定することは、ゲート速度と安定性の予測と最適化の中心である。 残念ながら、これらの特性を超高真空室内のイオン位置で正確に測定することは困難である。 ここでは、イオン自体が量子ゲート操作に必要なレーザービームを直接特徴付けるセンサーとしてどのように用いられるかを示す。 4光子スタークシフト効果を$^{171}$Yb$^+$イオンで利用し、ラマン転移を逆伝播させるレーザーのプロファイル、アライメント、偏光を測定する。 次に、各レーザのパラメータを個別に最適化すると、誤差の少ない高速ラマン駆動ゲートが得られることを示す。 提案手法は, 局所環境を探索し, システム性能向上に有用なフィードバックを提供するために, イオンを捕捉する能力を示す。

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