論文の概要: Fast Pulses for High-Fidelity Circularization of Interacting Rydberg atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.05216v1
- Date: Mon, 06 Jul 2026 15:32:35 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-07 22:26:30.209945
- Title: Fast Pulses for High-Fidelity Circularization of Interacting Rydberg atoms
- Title（参考訳）: 高速パルスによるリドベルク原子の高忠実環化
- Abstract要約: ライドバーグ原子の循環状態は、量子計算、量子シミュレーション、量子センシングのための有望なプラットフォームを提供する。
2つの原子間の相互作用が、単一原子用に設計されたパルスの効率を妨げていることを示す。
これらのシフトに適応させることで、単一原子パルスの初期効率を復元できることを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Circular states in Rydberg atoms offer a promising platform for quantum computation, quantum simulation and quantum sensing. However, the final step of their preparation - termed as circularization, a process that involves the transfer of a large amount of angular momentum quanta to the valence electron by means of radio-frequency (RF) pulses - remains as a major bottleneck for all technological applications based on interacting circular Rydberg atoms. Even though successfully implemented to circularize an atom cloud in the dilute regime, previous efforts to speed up the circularization process have focused on the single-atom case, thereby neglecting the interactions which constitute one of the main resources for quantum simulation and computation. In this theoretical work we show how interactions between two atoms disturb the efficiency of pulses designed for single atoms and identify shifts induced by the interactions on relevant transition energies as the dominant disturbance. We demonstrate that the initial efficiency of single-atom pulses can be restored by adapting them to these shifts. Our approach is based on a simple functional form depending only on two linear parameters, which we derive analytically. The adapted pulses prepare two $^{87}$Rb atoms after $65 \,$ns in a $n=52$ circular state with a fidelity of at least $95\,\%$ for interatomic distances down to $6.5\,μ$m and for all angular configurations, while also complying experimental amplitude and frequency constraints. Finally, we show that when combining our adapted pulses with Krotov's pulse-shaping algorithm we obtain high-fidelity pulses for any pair arrangement with interatomic distances larger than $5.9\,μ$m. This work demonstrates that fast RF pulses can circularize interacting Rydberg atoms, paving the way toward their technological application.
- Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子の循環状態は、量子計算、量子シミュレーション、量子センシングのための有望なプラットフォームを提供する。
しかし、その準備の最終段階(円形化と呼ばれる)は、高周波(RF)パルスによる大量の角運動量量子を価電子に伝達するプロセスであり、循環するリドバーグ原子に基づく全ての技術応用において大きなボトルネックとなっている。
希薄な状態における原子雲の円化に成功しているが、円化プロセスの高速化に向けたこれまでの取り組みは、単一原子の場合に重点を置いており、量子シミュレーションと計算の主要な資源の一つである相互作用を無視している。
この理論的な研究で、2つの原子間の相互作用が単一原子用に設計されたパルスの効率を阻害し、関連する遷移エネルギーの相互作用によって引き起こされるシフトを支配的障害として識別することを示した。
これらのシフトに適応させることで、単一原子パルスの初期効率を復元できることを実証する。
我々のアプローチは、解析的に導かれる2つの線形パラメータのみに依存する単純な関数形式に基づいている。
適応パルスは、最低9,5\,\%の原子間距離が6.5\,μ$mまで、実験的な振幅と周波数の制約に従って、$n=52$の円形状態の後の2つの$^{87}$Rb原子を合成する。
最後に、適応パルスとクロトフのパルス整形アルゴリズムを組み合わせると、5.9\,μ$m以上の原子間距離を持つ任意のペア配置に対する高忠実パルスが得られることを示す。
この研究は、高速RFパルスが相互作用するリドベルク原子を円状化し、その技術応用への道を開くことを実証している。
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