論文の概要: A Room-Temperature Extreme High Vacuum System for Trapped-Ion Quantum Information Processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.11794v1
• Date: Fri, 12 Dec 2025 18:58:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-15 15:48:11.883126
• Title: A Room-Temperature Extreme High Vacuum System for Trapped-Ion Quantum Information Processing
• Title（参考訳）: トラッピングイオン量子情報処理のための室温極高真空システム
• Authors: Lewis Hahn, Nikhil Kotibhaskar, Fabien Lefebvre, Sakshee Patil, Sainath Motlakunta, Mahmood Sabooni, Rajibul Islam,
• Abstract要約: 本稿では,閉じ込められたイオン量子プロセッサの長期動作を支援するために,室温極高真空(XHV)システムを提案する。 バックグラウンドガス衝突は、閉じ込められたイオン性能とスケーラビリティに制限を課す。 室内形状,伝導経路,ポンプ構成を最適化し,イオン位置での有効ポンプ速度を最大化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We present a room-temperature Extreme High Vacuum (XHV) system engineered to support the long-duration operation of a trapped-ion quantum processor. Background-gas collisions impose limitations on trapped-ion performance and scalability by interrupting algorithmic execution and, in some cases, ejecting ions from the trap. Using molecular-flow simulations, we optimize the chamber geometry, conductance pathways, and pumping configuration to maximize the effective pumping speed at the ion location. We perform high-temperature heat treatment of stainless steel vacuum components to achieve the desired outgassing rate, guided by quantitative relations of bulk diffusive processes, allowing us to reduce the \(\mathrm{H_2}\) outgassing load to the \(10^{-15}\,\mathrm{mbar\,l\,s^{-1}\,cm^{-2}}\) level. The final pressure in our chamber, measured by a hot cathode gauge, is \(1.5\times10^{-12}\,\mathrm{mbar}\), corresponding to the gauge's measurement limit. We measure the local pressure at the ion location by observing collision-induced reordering events in a long ion chain of mixed-isotope Yb\(^+\). From the observed reordering frequency, we extract the average interval between collisions to be \((1.9 \pm 0.1)\,\mathrm{hrs/ion}\). This corresponds to a local pressure of \((3.9 \pm 0.3)\times10^{-12}\,\mathrm{mbar}\) at the ion location, assuming that all collisions arise from background H\(_2\) molecules at room temperature. Our demonstration extends the continuous operation time of a quantum processor while maintaining the simplicity of a room-temperature system that does not require cryogenic apparatus.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,閉じ込められたイオン量子プロセッサの長期動作を支援するために,室温極高真空(XHV)システムを提案する。 バックグラウンドガス衝突は、アルゴリズムの実行を中断し、場合によってはトラップからイオンを放出することで、捕捉されたイオン性能とスケーラビリティに制限を課す。 分子フローシミュレーションを用いて, 室内形状, コンダクタンス経路, ポンプ構成を最適化し, イオン位置での効率的なポンプ速度を最大化する。 我々は, バルク拡散過程の定量的関係で導かれる, 所望のガス化速度を達成するため, ステンレス鋼真空成分の高温熱処理を行い, ガス化負荷を10^{-15}\,\mathrm{mbar\,l\,s^{-1}\,cm^{-2}}\) レベルまで低減する。 熱陰極計で測定した室内の最終的な圧力は、ゲージの測定限界に対応する(1.5\times10^{-12}\,\mathrm{mbar}\)。 混合アイソトープYb\(^+\)の長いイオン鎖における衝突による再秩序現象を観測することにより、イオン位置の局所的な圧力を測定する。 観測された再順序周波数から、衝突間の平均間隔は \((1.9 \pm 0.1)\,\mathrm{hrs/ion}\) となる。 これは、すべての衝突が室温でバックグラウンドのH\(_2\)分子から生じると仮定して、イオン位置における局所的な圧力(3.9 \pm 0.3)\times10^{-12}\,\mathrm{mbar}\)に対応する。 我々の実証では、低温装置を必要としない室温システムの簡易性を保ちながら、量子プロセッサの連続的な動作時間を拡張した。

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