論文の概要: Monolithic Segmented 3D Ion Trap for Quantum Technology Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.16048v1
- Date: Tue, 17 Mar 2026 01:24:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-18 17:42:07.061368
- Title: Monolithic Segmented 3D Ion Trap for Quantum Technology Applications
- Title（参考訳）: 量子技術応用のためのモノリシックセグメンテーション3次元イオントラップ
- Authors: Abhishek Menon, Michael Strauss, George Tomaras, Liam Jeanette, April X. Sheffield, Devon Valdez, Yuanheng Xie, Visal So, Henry De Luo, Midhuna Duraisamy Suganthi, Mark Dugan, Philippe Bado, Norbert M. Linke, Guido Pagano, Roman Zhuravel,
- Abstract要約: 本稿では,高RF電圧で安定動作可能なイオン電極距離250$mの,セグメンテッド・モノリシック3Dフューズドシリカブレードトラップを提案する。
我々は、Yb$+$イオンを用いてトラップの性能をベンチマークし、トラップの軸中心付近に200$mの軸方向に均質なトラップ電位を示す。
我々は、放射状中心質量モードで約95msの運動ラムゼーコヒーレンス時間(T_2$)を観測した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Monolithic three-dimensional (3D) Paul traps combine the high-precision microfabrication of two-dimensional (2D) chip traps with the deep trapping potentials and low heating rates characteristic of macroscopic Paul traps, which are typically manually assembled. However, achieving low motional heating rates and optical access with a high numerical aperture (NA) while maintaining the high radio-frequency (RF) voltages required for heavy ionic species, such as Yb$^{+}$ and Ba$^{+}$, remains a significant technical challenge. In this work, we present a segmented, monolithic 3D fused silica blade trap, featuring an ion-electrode distance of 250 $μ$m with stable operation at high RF voltages. We benchmark the performance of the trap using Yb$^{+}$ ions, demonstrating axially homogeneous trapping potentials for 200 $μ$m around the axial center of the trap, high multi-directional optical access (up to 0.7 NA), and radial motional heating rate as low as 1.1 $\pm$ 0.1 quanta/s at radial trap frequencies about 3 MHz near room temperature. Furthermore, we observe a motional Ramsey coherence time, $T_{2}$, of around 95 ms for the radial center-of-mass mode. We demonstrate a two-qubit gate fidelity of ${99.3}^{+ 0.7}_{- 1.5}$$\%$ with state preparation and measurement correction. These results establish fused-silica monolithic blade traps as a scalable, modular platform for quantum simulation, computation, metrology, and networking with heavy ionic species.
- Abstract（参考訳）: モノリシックな3次元ポールトラップは、2次元(2次元)チップトラップの高精度マイクロファブリケーションと深いトラップ電位と、通常は手作業で組み立てられるマクロポールトラップの低い加熱速度特性を組み合わせている。
しかし、Yb$^{+}$やBa$^{+}$のような重イオン種に必要とされる高周波(RF)電圧を維持しつつ、高い数値開口率(NA)で低運動熱速度と光アクセスを達成することは、重要な技術的課題である。
本研究では, 高RF電圧で安定動作可能な, イオン電極距離250$μ$mの, セグメンテッド・モノリシック3D溶融シリカブレードトラップを提案する。
我々は、Yb$^{+}$イオンを用いてトラップの性能をベンチマークし、トラップの軸中心付近に200$μ$mの軸方向トラップ電位、高い多方向光アクセス(最大0.7 NA)、放射運動加熱速度を1.1 $\pm$0.1 Quanta/sで室温付近の放射トラップ周波数で示す。
さらに,ラジアル中心質量モードで約95msの運動ラムゼーコヒーレンス時間である$T_{2}$を観測した。
99.3}^{+ 0.7}_{- 1.5}$$$\%$の2量子ゲートの忠実度を状態準備と測定補正で示す。
これらの結果は、量子シミュレーション、計算、気象学、重イオン種とのネットワークのためのスケーラブルでモジュラーなプラットフォームとして、溶融シリカのモノリシックブレードトラップを確立する。
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