論文の概要: Achieving $10^{-5}$ level relative intensity crosstalk in optical holographic qubit addressing via a double-pass digital micromirror device

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.13882v1
• Date: Mon, 15 Dec 2025 20:35:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-17 16:49:26.484071
• Title: Achieving $10^{-5}$ level relative intensity crosstalk in optical holographic qubit addressing via a double-pass digital micromirror device
• Title（参考訳）: ダブルパスデジタルマイクロミラーデバイスを用いた光ホログラフィック量子アドレッシングにおける10^{-5}$レベルの相対強度クロストークの実現
• Authors: Shilpa Mahato, Rajibul Islam,
• Abstract要約: ホログラフィックビームシェイピングは、原子量子ビットを制御するために個別に対応可能な光スポットを生成するための強力なアプローチである。 本稿では、単一デジタルマイクロミラーデバイスを用いて、両方の効果を緩和する全光学方式を提案する。
• 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: Holographic beam shaping is a powerful approach for generating individually addressable optical spots for controlling atomic qubits, such as those in trapped-ion quantum processors. However, its application in qubit control is limited by residual intensity crosstalk at neighboring sites and by a nonzero background floor in the far wings of the addressing beam, leading to accumulated errors from many exposed qubits. Here, we present an all-optical scheme that mitigates both effects using a single digital micromirror device (DMD) operated in a double-pass configuration, in which light interacts with two separate regions of the same device. In the first pass, one region of the DMD is placed in a Fourier plane and implements a binary-amplitude hologram for individual addressing, while in the second pass a different region serves as a programmable intermediate image-plane aperture for spatial filtering. By multiplexing the Fourier-plane hologram to include secondary holograms, we generate weak auxiliary fields that interfere destructively with unwanted light at selected sites, while image-plane filtering suppresses the residual tail at larger distances. Together, these techniques maintain relative intensity crosstalk at or below $10^{-5}$ ($-50\,\mathrm{dB}$) across the full field of view relevant for qubit addressing, and further reduce the far-wing background to approximately $10^{-6}$ at large distances from the addressed qubit, approaching the detection limit. These results provide a compact, DMD-based solution for low-crosstalk optical holographic qubit addressing that is directly applicable to trapped ions and other spatially ordered quantum systems.
• Abstract（参考訳）: ホログラフィックビームシェーピングは、閉じ込められたイオン量子プロセッサのような原子量子ビットを制御するために、個々のアドレス可能な光スポットを生成するための強力なアプローチである。 しかし、その量子ビット制御への応用は、隣接する場所での残留強度クロストークや、アドレッシングビームの遠翼の非ゼロバックグラウンドフロアによって制限され、多くの露光量子ビットからの誤差が蓄積される。 本稿では、光が同じデバイスの2つの別々の領域と相互作用するダブルパス構成で操作される1つのデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いて、両方の効果を緩和する全光学方式を提案する。 第1パスでは、DMDの1つの領域をフーリエ平面に配置し、個別アドレッシングのためのバイナリ振幅ホログラムを実装し、第2パスでは、異なる領域が空間フィルタリングのためのプログラム可能な中間画像平面開口として機能する。 フーリエ平面ホログラムを二次ホログラムを含むように多重化することにより、選択した場所で不要な光と破壊的に干渉する弱い補助場を生成し、一方、画像平面フィルタリングはより大きな距離で残留尾部を抑制する。 これらの手法は、キュービットアドレッシングに関連する全視野にわたって、相対強度のクロストークを10^{-5}$ (-50\,\mathrm{dB}$) 以下で維持し、さらに遠翼背景を、アドレスキュービットから離れた距離で約10^{-6}$に減らし、検出限界に近づいた。 これらの結果は、捕捉されたイオンや他の空間秩序量子系に直接適用可能な、低クロストーク光ホログラフィック量子ビットアドレッシングのためのコンパクトなDMDベースのソリューションを提供する。

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