論文の概要: Motional Kerr-Cat States of an Atom in an Optical Tweezer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.18579v1
• Date: Mon, 20 Jul 2026 23:21:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-22 19:05:05.275106
• Title: Motional Kerr-Cat States of an Atom in an Optical Tweezer
• Title（参考訳）: 光ツイーザ中の原子の運動性Kerr-Cat状態
• Authors: Steven K. Pampel, Gur Lubin, Dawson P. Hewatt, Conall McCabe, Jaeyong Hwang, Sean R. Muleady, Tianrui Xu, Ana Maria Rey, Cindy A. Regal,
• Abstract要約: 我々は、光学式ツイーザーに閉じ込められた単一中性原子の量子化運動におけるシュルディンガー猫の状態を認識する。 我々は、調整可能な非線形性とともに、Kerr-cat状態とFock状態の両方のパリティ制御を示す。 これらの結果は、光ツイーザにおけるキャットステートとボソニックステートエンジニアリングの新しいパラダイムを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.36116808275150963
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Schrödinger cat states - quantum superpositions of classically or macroscopically distinct states - constitute a powerful resource for quantum computing, enhanced metrology, and probing coherence on large scales. Encoding such states in the phase space of an oscillator requires a nonlinearity, typically inherited from an auxiliary degree of freedom such as atomic spin or a Josephson junction. Neutral atoms trapped in reconfigurable optical tweezer arrays - a leading platform for quantum science and computing - provide an intrinsic nonlinearity via the motion of a single atom in a tightly focused trap. However, this self-Kerr mechanism has not previously been exploited for cat-state generation, and remains largely unexplored as a resource for motional-state control. Here we realize Schrödinger cat states in the quantized motion of a single neutral atom trapped in an optical tweezer. By modulating the depth and position, we demonstrate parity control of both Kerr-cat and Fock states alongside tunable nonlinearity, establishing a spin- and species-independent framework for controlling motion. We further show that the cat-state encoding is intrinsically robust against trap-frequency fluctuations that otherwise limit the fidelity of direct Fock-state transitions. These results establish Kerr-based control of neutral-atom motion as a new paradigm for cat-state and bosonic-state engineering in optical tweezers, providing a route toward quantum-error-correcting codes such as grid states, and toward quantum-enhanced sensing with arrays of non-Gaussian states.
• Abstract（参考訳）: シュレーディンガー・キャット・ステート (Schrödinger cat state) - 古典的あるいはマクロ的に異なる状態の量子重ね合わせ - は、量子コンピューティング、拡張されたメロロジー、大規模でのコヒーレンスを求めるための強力な資源である。 発振器の位相空間におけるそのような状態の符号化は、一般に原子スピンやジョセフソン接合のような補助的な自由度から継承される非線形性を必要とする。 再構成可能な光ツイーザーアレイに閉じ込められた中性原子は、量子科学とコンピューティングの第一のプラットフォームである。 しかし、この自己Kerr機構は、これまで猫の状態生成に利用されておらず、運動状態制御の資源としてほとんど探索されていない。 ここでシュレーディンガー・キャット状態は、光学的ツイーザーに閉じ込められた単一中性原子の量子化運動におけるものである。 深度と位置を調節することにより, 調整可能な非線形性とともにKerr-cat状態とFock状態の両方のパリティ制御を示し, 運動を制御するためのスピンおよび種に依存しない枠組みを確立した。 さらに, キャット状態の符号化は, 直接フォック状態遷移の忠実さを制限するトラップ周波数変動に対して本質的に堅牢であることを示す。 これらの結果は、光ツイーザーにおける猫状態およびボソニック状態工学の新しいパラダイムとして、カーに基づく中性原子運動の制御を確立し、グリッド状態のような量子エラー訂正符号への経路を提供し、非ガウス状態の配列による量子強調センシングへと導く。

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