論文の概要: All-Optical Universal Control of Hyperfine Qudits in Trapped Neutral Atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.09715v1
• Date: Sun, 10 May 2026 19:28:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-12 23:28:50.387298
• Title: All-Optical Universal Control of Hyperfine Qudits in Trapped Neutral Atoms
• Title（参考訳）: トラッピング中性原子における超微粒子のオールオプティカルユニバーサル制御
• Authors: Johannes K. Krondorfer, Matthias Diez, Andreas Kruckenhauser, Andreas W. Hauser,
• Abstract要約: 量子システムは2レベル以上$-$いわゆるqudits$-$は計算密度の増大と回路の複雑さの低減を提供する。 中間磁場から高磁場下での閉じ込められた中性原子における普遍的なクエット制御のための全光学的スキームを提案する。 以上の結果から、173ドルYbは高忠実で全光学的な量子情報処理のための有望なプラットフォームであることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum systems with more than two levels $-$ so-called qudits $-$ offer increased computational density and reduced circuit complexity compared to qubit-based architectures, but achieving universal and scalable control remains challenging. We propose an all-optical scheme for universal qudit control in trapped neutral atoms in moderate to high magnetic fields, focusing on the fermionic isotope $^{173}$Yb ($I=5/2$). The strong hyperfine interaction in the $^3P_1$ manifold enables fast and selective Raman transitions between nuclear-spin states in the $^1S_0$ ground-state manifold using a single linearly polarized laser. For each neighboring transition in the qudit manifold, we identify a magic polarization angle that enables coherent, state-selective control while suppressing off-resonant excitations, with operation frequencies exceeding 100~kHz. Combined with phase-shift operations, this provides universal control of the full single-qudit space. We further discuss compatible two-qudit gates based on the Rydberg blockade mechanism, completing a universal gate set, and analyze state-selective readout schemes compatible with the proposed protocol. Our results identify $^{173}$Yb as a promising platform for high-fidelity, all-optical qudit-based quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 2レベル以上の量子システム、いわゆるqudits$-$は、量子ビットベースのアーキテクチャと比較して計算密度が増加し、回路の複雑さが減少するが、普遍的でスケーラブルな制御を達成することは依然として困難である。 我々は、中等度から高磁場中における閉じ込められた中性原子の普遍的なキュディット制御のための全光学的スキームを提案し、フェルミオン同位体である$^{173}$Yb(I=5/2$)に焦点をあてる。 $^3P_1$多様体における強い超微細相互作用は、単一の線形偏光レーザーを用いて、$^1S_0$基底状態多様体における核スピン状態間の高速かつ選択的ラマン遷移を可能にする。 クーディ多様体の各近傍遷移に対して、100〜kHzを超える演算周波数で非共振励起を抑えながらコヒーレントで状態選択的な制御を可能にする魔法の偏極角を同定する。 位相シフト演算と組み合わせることで、これは完全な単一量子空間の普遍的な制御を提供する。 さらに、Rydbergブロック機構に基づく互換性のある2量子ゲートについて議論し、ユニバーサルゲートセットを完成させ、提案プロトコルと互換性のある状態選択型読み出しスキームを解析する。 本結果は,高忠実で全光学的な量子情報処理のための有望なプラットフォームとして$^{173}$Ybを同定した。

関連論文リスト

• Constructing Arbitrary Coherent Rearrangements in Optical Lattices [36.94429692322632]
  光格子における超低温原子の運動自由度のコヒーレント制御は、巨大な粒子を持つプログラム可能な量子力学への有望な経路を提供する。 単一粒子運動状態における任意のユニタリ変換に対応する超低温原子のコヒーレントな再配置を実現するためのスキームを提案し,解析する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2026-03-04T15:57:12Z)
• Programmable Quantum Matter: Heralding Large Cluster States in Driven Inhomogeneous Spin Ensembles [0.0]
  固体中のAtomのようなエミッタは、量子センシングと情報処理のための有望なプラットフォームである。 本稿では、この多様性を活用して、光学的に隠蔽されたスピンクラスター状態を生成するためのリソースを削減するフレームワークを提案する。 最適化されたパルスシーケンスは、パルス長とデチューニングエラーを同時に補正し、エラーに対して99.99%以上の単一量子ビットゲートフィデリティを達成する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-09-03T03:59:22Z)
• Robust Control and Entanglement of Qudits in Neutral Atom Arrays [0.0]
  量子デバイスは、2つの安定なレベル(いわゆるクイディット)を持つ基本成分から成り、アクセス可能なヒルベルト空間を豊かにする。 マルチキューディット制御の実験的実証は、中性原子配列においてこれまで行われていない。 複数の遷移周波数の同時駆動による単一量子ゲートの効率的な実装を見つける。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-08-22T10:56:09Z)
• Entangling distant systems via universal nonadiabatic passage [0.0]
  一般の$M+N$次元離散系における普遍的非断熱通路を導出する。 遷移のない力学は、実際の量子ネットワークにとって重要な前提条件として、遠方の量子ビットを絡めるように定式化することができる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-10-31T07:43:28Z)
• Finite Pulse-Time Effects in Long-Baseline Quantum Clock Interferometry [45.73541813564926]
  我々は、内部時計遷移とともに非局在化された$-$となる量子中心の$-$の相互作用を研究する。 提案した量子時計干渉計は、様々な光学場からの摂動に対して安定であることを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-09-25T18:00:03Z)
• Multi-squeezed state generation and universal bosonic control via a driven quantum Rabi model [68.8204255655161]
  ボゾン自由度に対する普遍的な制御は、量子ベース技術の探求において鍵となる。 ここでは、駆動量子ラビモデルを介して、ボソニックモードの興味と相互作用する単一の補助的な2レベルシステムを考える。 ガウス門と非ガウス門の大きな類を決定論的に実現することは十分であることを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-09-16T14:18:53Z)
• High fidelity two-qubit gates on fluxoniums using a tunable coupler [47.187609203210705]
  超伝導フラクソニウム量子ビットは、大規模量子コンピューティングへの道のトランスモンに代わる有望な代替手段を提供する。 マルチキュービットデバイスにおける大きな課題は、スケーラブルなクロストークのないマルチキュービットアーキテクチャの実験的なデモンストレーションである。 ここでは、可変カプラ素子を持つ2量子フッソニウム系量子プロセッサを提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-03-30T13:44:52Z)
• Dispersive optical systems for scalable Raman driving of hyperfine qubits [45.82374977939355]
  レーザの位相変調により振幅変調を生成する新しい手法を提案する。 このアプローチは受動的に安定であり、高効率であり、高出力レーザー源と互換性がある。 我々は、この新しいアプローチを、光ツイーザーに閉じ込められた中性8,7$Rb原子量子ビットの配列を全世界で駆動することで、ベンチマークする。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-10-27T18:00:00Z)
• Optimal coupling of HoW$_{10}$ molecular magnets to superconducting circuits near spin clock transitions [85.83811987257297]
  我々は,HoW$_10$磁性クラスターの純および磁性希釈結晶とマイクロ波超伝導コプラナー導波路とのカップリングについて検討した。 以上の結果から, 分子系のスピン時計状態は, スピン光子相互作用の大きさと, 不要な磁気ノイズ源からの十分な分離を両立させる, 有望な戦略であることがわかった。
  論文  参考訳（メタデータ） (2019-11-18T11:03:06Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。