論文の概要: Quantum science with arrays of metastable helium-3 atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.06763v1
- Date: Sun, 11 Jan 2026 03:43:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-13 19:08:00.971722
- Title: Quantum science with arrays of metastable helium-3 atoms
- Title（参考訳）: 準安定ヘリウム3原子配列による量子科学
- Authors: Zheyuan Li, Rupsa De, Rishi Sivakumar, William Huie, Hao-Tian Wei, Justin D. Piel, Chris H. Greene, Kaden R. A. Hazzard, Zoe Z. Yan, Jacob P. Covey,
- Abstract要約: プログラマブル光ツイーザーアレイにおける原子の運動は、中性原子量子科学の新しい機会を提供する。
フェミオン準安定ヘリウム3原子を光学的ツイーザアレイに使用するための包括的青写真を示す。
ツイーザー間ホッピングの3ドルHe$*$原子は、以前のリチウム6による実験よりも高速に$gtrsim3times$でよいことを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5864377043888314
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The motion of atoms in programmable optical tweezer arrays offers many new opportunities for neutral atom quantum science. These include inter- and intra-site atom motion for resource-efficient implementations of fermionic and bosonic modes, respectively, as well as tweezer transport for efficient compilation of arbitrary circuits. However, the exploitation of atomic motion for all three purposes and others is limited by the inertia of the atoms. We present a comprehensive architectural blueprint for the use of fermionic metastable helium-3 ($^3$He$^*$) atoms -- the lightest trappable atomic species -- in programmable optical tweezer arrays. This includes a concrete analysis of atomic structure considerations as well as Rydberg-mediated interactions. We show that inter-tweezer hopping of $^3$He$^*$ atoms can be $\gtrsim3\times$ faster than previous demonstrations with lithium-6. We also demonstrate a new toolbox for encoding and manipulating qubits directly in the tweezer trap potential, uniquely enabled by the light mass of $^3$He$^*$. Finally, we provide several examples of new opportunities for fermionic quantum simulation and computation that leverage the transport and inter-tweezer hopping of $^3$He$^*$ atom arrays. These tools present new methods to improve the resource efficiency of neutral atom quantum science that may also enable quantum simulations of lattice gauge theories and quantum chemistry outside the Born-Oppenheimer approximation
- Abstract（参考訳）: プログラム可能な光ツイーザーアレイにおける原子の運動は、中性原子量子科学に多くの新しい機会をもたらす。
これには、それぞれリソース効率の良いフェルミオンモードとボゾンモードの実装のためのサイト内原子運動と、任意の回路の効率的なコンパイルのためのツイーザー輸送が含まれる。
しかし、原子運動の3つの目的と他の目的に対する利用は、原子の慣性によって制限される。
我々は、プログラム可能な光ツイーザーアレイにおいて、フェルミオン準安定ヘリウム-3(^3$He$^*$)原子(最も軽いトラップ可能な原子種)を使用するための包括的なアーキテクチャ青写真を示す。
これには、Rydbergによる相互作用と同様に、原子構造に関する具体的な分析が含まれる。
ツイーザー間ホッピングで$^3$He$^*$原子が$\gtrsim3\times$であることを示す。
また,3$He$^*$の光量によって一意に実現されたtweezerトラップ電位において,量子ビットを直接符号化および操作するための新しいツールボックスをデモした。
最後に,3$He$^*$原子配列の輸送とトウィーザーホッピングを利用するフェルミオン量子シミュレーションと計算の新しい機会を示す。
これらのツールは、ボルン=オッペンハイマー近似の外側で格子ゲージ理論と量子化学の量子シミュレーションを可能にすることができる中性原子量子科学の資源効率を改善する新しい方法を示す。
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