論文の概要: Astigmatism-free 3D Optical Tweezer Control for Rapid Atom Rearrangement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.11451v1
• Date: Mon, 13 Oct 2025 14:23:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 18:06:30.402454
• Title: Astigmatism-free 3D Optical Tweezer Control for Rapid Atom Rearrangement
• Title（参考訳）: 高速原子配置のためのアスティグマティズムフリー3次元光ツイーザ制御
• Authors: Yue-Hui Lu, Nathan Song, Tai Xiang, Jacquelyn Ho, Tsai-Chen Lee, Zhenjie Yan, Dan M. Stamper-Kurn,
• Abstract要約: 光ツイーザを用いた原子再構成の最も一般的な方法は、AODの周波数チャーピングに依存する。 トウィーザー形状の変形とツイーザー軌道の歪みにより原子輸送速度を緩和するために3次元アコスト光偏向レンズ(3D-AODL)を用いる。 我々は、少なくとも200$mu$m $times$200$mu$m $times$136$mu$mの立方体体積内での非制限3D運動を実証した。
• 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: Reconfigurable arrays of neutral atoms are a leading platform for quantum computing, quantum simulation, and quantum metrology. The most common method for atom reconfiguration using optical tweezers relies on frequency chirping of acousto-optic deflectors (AODs). However, chirp-induced acoustic lensing limits the speed of atom transport by deformation of the tweezer profile and warping of the tweezer trajectory. We use a three-dimensional acousto-optic deflector lens (3D-AODL) to mitigate both effects, a design predicted to halve current state-of-the-art long-range transport times. Additionally, we introduce fading-Shepard waveforms that bypass the finite AOD bandwidth and thus enable sustained axial displacement. We demonstrate unrestricted 3D motion within a cuboid volume of at least 200 $\mu$m $\times$ 200 $\mu$m $\times$ 136 $\mu$m, with tweezer velocities exceeding 4.2 m/s. The ability to move optical tweezers along arbitrary trajectories in 3D should enable rapid in-plane and out-of-plane rearrangement of atoms in 2D or 3D tweezer arrays and optical lattices, as well as omnidirectional trajectories and dynamical engineering of optical potentials. This technology has the potential to advance quantum control and atom manipulation in current atom-array quantum computers, boosting clock rates and enabling rapid sorting in geometries scalable to millions of qubits.
• Abstract（参考訳）: 再構成可能な中性原子配列は、量子コンピューティング、量子シミュレーション、量子気象学の主要なプラットフォームである。 光ツイーザを用いた原子再構成の最も一般的な方法は、AODの周波数チャープに依存する。 しかし、チャープ誘起音響レンズはツイーザー形状の変形とツイーザー軌道の歪みによって原子輸送速度を制限する。 両効果を緩和するために3次元アコスト光偏向レンズ(3D-AODL)を用い, 最先端の長距離輸送時間を半減させるように設計された。 さらに, 有限AOD帯域をバイパスし, 連続軸変位を許容するフェージング・シェパード波形を導入する。 我々は、少なくとも200$\mu$m $\times$200$\mu$m $\times$136$\mu$mの立方体体積内での非制限3D運動を実証した。 3次元の任意の軌道に沿って光学的ツイーザを移動させる能力は、2次元または3次元のツイーザアレイと光学格子における原子の高速な平面内および平面外再配置を可能にするとともに、全方位軌道と光学ポテンシャルの動的工学を可能にする。 この技術は、現在の原子アレイ量子コンピュータにおける量子制御と原子操作を進歩させ、クロックレートを高め、数百万の量子ビットにスケーラブルなジオメトリの迅速なソートを可能にする可能性がある。

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