論文の概要: Harnessing resonant dipolar interactions in a hybrid atom-molecule quantum system

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.15976v1
• Date: Fri, 17 Jul 2026 14:08:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-20 17:56:52.870612
• Title: Harnessing resonant dipolar interactions in a hybrid atom-molecule quantum system
• Title（参考訳）: ハイブリッド原子-分子量子系における高調波共鳴双極子相互作用
• Abstract要約: 原子と分子間の双極子相互作用は、スケーラブルな光ツイーザープラットフォームではこれまで研究されていない。 我々は、個々のRydberg原子と個々の極性分子との間のコヒーレントな双極子相互作用を示す。 その結果、リドベルク原子の内部状態に長寿命の分子量子情報を迅速にマッピングできるコヒーレント原子分子界面が確立された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.72751145910978
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Hybrid quantum systems offer a route to combining the complementary strengths of distinct quantum platforms while mitigating their limitations. A particularly promising architecture combines neutral atoms and polar molecules: atoms provide fast, controllable interactions through excitation to Rydberg states, while molecules possess long-lived rotational states that are attractive for quantum memories and qudits. Although dipolar interactions between atoms and molecules have been observed in gas-phase and beam experiments, they have not previously been explored in a scalable optical tweezer platform that enables the controlled coherent interactions needed for quantum state transfer and entanglement. Here, we realise this goal, demonstrating coherent dipolar interactions between an individual Rydberg atom and an individual polar molecule. The separation of the particles is controlled using species-specific optical tweezers and their dipolar interactions are made strongly state-dependent by tuning two atom-molecule pair states into resonance. We exploit these interactions to demonstrate atom-mediated state readout of a molecular qubit, observe coherent spin exchange between the particles, and generate entanglement using a blockade-based controlled-NOT operation. Together, these results establish a coherent atom-molecule interface in which long-lived molecular quantum information can be rapidly mapped onto internal states of a Rydberg atom for readout or onward coherent transfer. This platform can be scaled to realise hybrid quantum processors utilising atom-mediated readout and entanglement of molecular qubits and mixed-species quantum simulators of dipolar systems.
• Abstract（参考訳）: ハイブリッド量子システムは、それらの制限を緩和しながら、異なる量子プラットフォームの相補的な強みを組み合わせるためのルートを提供する。 特に有望なアーキテクチャは中性原子と極性分子を組み合わせており、原子はライドバーグ状態への励起を通じて高速で制御可能な相互作用を提供し、一方分子は量子記憶や量子四重項に魅力的な長寿命の回転状態を持つ。 原子と分子間の双極子相互作用はガス相とビーム実験で観測されているが、量子状態移動と絡み合いに必要とされる制御されたコヒーレント相互作用を可能にするスケーラブルな光ツイーザープラットフォームではこれまで研究されていない。 ここでは、個々のリドベルグ原子と個々の極性分子との間のコヒーレントな双極子相互作用を示すことで、この目標を実現する。 粒子の分離は種特異的な光学的ツイーザを用いて制御され、それらの双極子相互作用は2つの原子-分子対状態の共鳴をチューニングすることによって強く状態依存する。 我々はこれらの相互作用を利用して分子量子ビットの原子介在状態の読み出しを示し、粒子間のコヒーレントスピン交換を観察し、ブロネードベースの制御NOT操作を用いて絡み合いを生成する。 これらの結果は、長寿命の分子量子情報を、リドベルク原子の内部状態に迅速にマッピングして、読み出しまたは上向きのコヒーレント移動を行うコヒーレント原子分子界面を確立する。 このプラットフォームは、分子量子ビットと双極子の混合種量子シミュレータの原子による読み出しと絡み合いを利用したハイブリッド量子プロセッサを実現するためにスケールすることができる。

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