論文の概要: Beyond-Ten-Hour Coherence in a Decoherence-Free Trapped-Ion Clock Qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.19631v1
• Date: Fri, 20 Mar 2026 04:30:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 19:48:38.992071
• Title: Beyond-Ten-Hour Coherence in a Decoherence-Free Trapped-Ion Clock Qubit
• Title（参考訳）: Decoherence-free Trapped-Ion Clock Qubitにおける10時間超のコヒーレンス
• Authors: Jiahao Pi, Xiangjia Liu, Junle Cao, Pengfei Wang, Lingfeng Ou, Erfu Gao, Hengchao Tu, Menglin Zou, Xiang Zhang, Junhua Zhang, Kihwan Kim,
• Abstract要約: クロック状態量子ビットとデコヒーレンスフリー部分空間(DFS)を結合して10時間を超えるコヒーレンスを実現する。 我々は最小のコヒーレンス崩壊を観測し、指数的適合により3.77 +/-1.09) x 104秒のコヒーレンス時間が得られる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.409380868035169
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum systems promise to revolutionize information processing science and technology [1-3]. The preservation of quantum coherence, the defining property of qubits, fundamentally constrains the performance of quantum information processing with quantum memories [4]. While trapped atomic ions theoretically support million-year coherence based on spontaneous emission [5-7], experimental demonstrations have reached far less, only about an hour [8-13]. Here we combine clock-state qubits with decoherence-free subspace (DFS) encoding to achieve coherence exceeding ten hours. Using correlation-based phase tracking in 171Yb+ ion pairs sympathetically cooled by 138Ba+ ion, we demonstrate this without magnetic shielding or enhanced microwave phase stabilization that previously limited coherence times. DFS encoding references the qubit phase to the inter-ion energy difference to reject microwave phase noise and common-mode magnetic fluctuations, while clock states provide environmental insensitivity. Throughout measurements extended to 1600 seconds, we observe minimal coherence decay, with exponential fits yielding a coherence time of (3.77 +/- 1.09) x 10^4 seconds. Our results establish DFS encoding as a form of passive error correction that eliminates technical noise constraints, unlocking the million-year coherence potential of atomic ions for scalable quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 量子システムは情報処理科学と技術に革命をもたらすことを約束する[1-3]。 量子コヒーレンスの保存、量子ビットの定義的性質は、量子メモリによる量子情報処理の性能を根本的に制限する[4]。 閉じ込められた原子イオンは、自発的な放出[5-7]に基づいて100万年のコヒーレンスを理論的に支持するが、実験的な実験はわずか1時間(8-13)に過ぎなかった。 ここでは、クロック状態量子ビットとデコヒーレンスフリー部分空間(DFS)を結合し、10時間を超えるコヒーレンスを実現する。 171Yb+イオン対を128Ba+イオンで同感的に冷却した相関型位相追跡法を用いて, 従来コヒーレンス時間に制限されていた磁気シールドやマイクロ波位相安定化を伴わないことを示す。 DFSエンコーディングは、クビット位相をイオン間エネルギー差に参照し、マイクロ波位相ノイズとコモンモード磁気ゆらぎを排除し、クロック状態は環境に不感を与える。 1600秒に拡張された測定を通して、我々は最小のコヒーレンス崩壊を観測し、指数的適合は3.77 +/-1.09) x 10^4秒のコヒーレンス時間をもたらす。 本研究は,原子イオンの100万年間のコヒーレンスポテンシャルを解放し,スケーラブルな量子情報処理を実現することを目的とした,受動的誤り訂正の一形態としてDFS符号化を確立した。

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