論文の概要: Multimode Fock-State Measurements using Dispersive Shifts in a Trapped Ion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.04591v1
• Date: Thu, 08 Jan 2026 04:42:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-09 17:01:53.04112
• Title: Multimode Fock-State Measurements using Dispersive Shifts in a Trapped Ion
• Title（参考訳）: トラップイオン中の分散シフトを用いた多モードフォック状態測定
• Authors: Wonhyeong Choi, Jiyong Kang, Kyunghye Kim, Jaehun You, Kyungmin Lee, Taehyun Kim,
• Abstract要約: トラップされたイオンは、長寿命のスピン量子ビットとともに、自然に複数の運動モードを担っている。 このようなボソニックレジスタを効果的に特徴づけるには、限られたスピン資源で多くの運動モードにアクセスする能力が必要である。 広帯域多重モードのJaynes-Cummings相互作用における分散シフトを用いた単スピンマルチモード測定プリミティブを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.500359656413107
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Trapped ions naturally host multiple motional modes alongside long-lived spin qubits, providing a scalable multimode bosonic register. Efficiently characterizing such bosonic registers requires the ability to access many motional modes with limited spin resources. Here we introduce a single-spin, multimode measurement primitive using dispersive shifts in the far-detuned multimode Jaynes-Cummings interaction. We implement a Ramsey sequence that maps phonon-number-dependent phases onto the spin, thereby realizing a multimode spin-dependent rotation (SDR). We also introduce a selective-decoupling scheme that cancels the phase induced by the carrier AC-Stark shift while preserving the phonon-number-dependent phase induced by the dispersive shift. Using this SDR-based Ramsey sequence on a single trapped ion, we experimentally extract two-mode Fock-state distributions, perform parity-based filtering of two-mode motional states, and realize a nondestructive single-shot measurement of a single-mode Fock state via repeated filtering steps.
• Abstract（参考訳）: トラップされたイオンは、長寿命のスピン量子ビットと共に複数の運動モードを自然にホストし、スケーラブルなマルチモードボソニックレジスタを提供する。 このようなボソニックレジスタを効果的に特徴づけるには、限られたスピン資源で多くの運動モードにアクセスする能力が必要である。 本稿では,広帯域多重モードのJaynes-Cummings相互作用における分散シフトを用いた単一スピンマルチモード測定プリミティブを提案する。 我々は、フォノン数依存位相をスピンにマッピングするラムゼイ系列を実装し、これによりマルチモードスピン依存回転(SDR)を実現する。 また、分散シフトによって誘導されるフォノン数依存位相を保ちながら、キャリアAC-スタークシフトによって誘導される位相をキャンセルする選択的デカップリング方式を導入する。 このSDRベースのラムジー配列を単一イオンに固定し、2モードのフォック状態分布を実験的に抽出し、2モードの運動状態のパリティに基づくフィルタリングを行い、1モードのフォック状態の非破壊的な単ショット計測を繰り返しフィルタリングステップで実現した。

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