論文の概要: Free-space quantum interface of a single atomic tweezer array with light

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.23398v1
• Date: Mon, 27 Oct 2025 14:56:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-28 15:28:15.580725
• Title: Free-space quantum interface of a single atomic tweezer array with light
• Title（参考訳）: 光を持つ単一原子ツイーザーアレイの自由空間量子インタフェース
• Authors: Yakov Solomons, Roni Ben-Maimon, Arpit Behera, Ofer Firstenberg, Nir Davidson, Ephraim Shahmoon,
• Abstract要約: 本稿では,2次元原子トウィーザアレイによる光の対向化に関する実践的アプローチを提案する。 我々は、自然に配列に結合するフィールドモードを設計することを提案する。 これはアレイの回折順序に対応する複数のビームのユニークな重ね合わせで構成されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a practical approach for interfacing light with a two-dimensional atomic tweezer array. Typical paraxial fields are poorly matched to the array's multi-diffraction-order radiation pattern, thus severely limiting the interface coupling efficiency. Instead, we propose to design a field mode that naturally couples to the array: it consists of a unique superposition of multiple beams corresponding to the array's diffraction orders. This composite mode can be generated from a single Gaussian beam using standard free-space optics, including spatial light modulators and a single objective lens. For a triangular array with lattice spacing about twice the wavelength, all diffraction angles remain below 35 degrees, making the scheme compatible with standard objectives of numerical aperture NA <= 0.7. Our analytical theory and scattering simulations reveal that the interface efficiency r0 for quantum information tasks scales favorably with the array atom number N: reaching >0.99 (>0.9999) for N = 149 (N approximately 1000) and scaling as 1 - r0 scales as 1/N for large N. The scheme is robust to optical imperfections and atomic-position errors, offering a viable path for quantum light-matter applications and state readout in current tweezer-array platforms.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,2次元原子トウィーザアレイによる光の対向化に関する実践的アプローチを提案する。 典型的な同軸場はアレイの多重回折次放射パターンとあまり一致しないため、界面結合効率は著しく制限される。 代わりに、配列に自然に結合するフィールドモードを設計することを提案し、配列の回折順序に対応する複数のビームのユニークな重ね合わせからなる。 この複合モードは、空間光変調器や単一対物レンズを含む標準自由空間光学を用いて、単一のガウスビームから生成することができる。 波長の約2倍の格子を持つ三角形アレイの場合、全ての回折角は35度以下であり、数値開口NA <= 0.7 の標準目的と互換性がある。 我々の解析理論と散乱シミュレーションにより、量子情報タスクのインタフェース効率 r0 は配列原子数 N に好適にスケールすることが明らかとなった: N = 149 (N around 1000) に対して >0.99 (>0.9999) に達し、大きな N に対して 1 - r0 のスケールが 1/N となる。

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