論文の概要: Pound-Drever-Hall Feedforward for Trapped-Ion Optical Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.24050v1
• Date: Mon, 27 Jul 2026 06:47:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-28 22:34:15.330793
• Title: Pound-Drever-Hall Feedforward for Trapped-Ion Optical Qubits
• Title（参考訳）: トラッピングイオン光量子ビットのパウンド・ドレーバー・ホールフィードフォワード
• Abstract要約: レーザー位相ノイズは、閉じ込められたイオン量子系のゲート忠実度とコヒーレンス時間を規定する制限要因の1つである。 我々は1762nmのバリウムイオン光量子ビットレーザーのアクティブ位相雑音安定化システムを開発した。 以上の結果から,本装置はPund-Drever-Hall (PDH) フィードフォワード法により,ロックシステムのピーク周波数近傍でサーボ・バンプ位相ノイズを15dB抑制できることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.189955933770711
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Laser phase noise is one of the limiting factors that dictate gate fidelities and coherence times in trapped-ion quantum systems. Previous studies have reported that when the Rabi frequency of an ion qubit is close to the servo-bump phase-noise frequency, the driving laser limits the fidelity and coherence time. This issue has typically been mitigated by choosing a Rabi frequency outside the servo-bump region. However, this constrains the usable range of gate speeds and can limit the achievable fidelity. To address this issue, we developed an active phase-noise stabilization system for a barium-ion optical-qubit laser at 1762 nm, employing a fiber electro-optic modulator (EOM) with an electrical feedforward servo. Our results demonstrate that this setup, based on the Pound-Drever-Hall (PDH) feedforward method, can suppress servo-bump phase noise by 15 dB near the bump peak frequency in our locking system. The laser phase noise is analyzed using delayed self-heterodyne interferometry (DSHI). We further tested the stabilized laser on an optical qubit and observed a clear improvement in coherence time based on the measured amplitude decay of Rabi oscillations, even when the Rabi frequency lies within the servo-bump bandwidth. This technique can be readily adapted to other optical qubits with minimal modifications.
• Abstract（参考訳）: レーザー位相ノイズは、閉じ込められたイオン量子系のゲート忠実度とコヒーレンス時間を規定する制限要因の1つである。 従来の研究では、イオン量子ビットのラビ周波数がサーボバンプ位相ノイズ周波数に近くなると、駆動レーザーは忠実度とコヒーレンス時間を制限すると報告されていた。 この問題は典型的にはサーボバンプ領域の外でラビ周波数を選択することで緩和されている。 しかし、これは使用可能なゲート速度の範囲を制限し、達成可能な忠実度を制限することができる。 この問題に対処するため,バリウムイオン光量子ビットレーザーのアクティブ位相雑音安定化系を1762nmで開発し,光ファイバ光変調器(EOM)と電気フィードフォワードサーボを開発した。 以上の結果から,本装置はPund-Drever-Hall (PDH) フィードフォワード法により,ロックシステムのピーク周波数近傍でサーボ・バンプ位相ノイズを15dB抑制できることが示唆された。 レーザー位相ノイズを遅延自己ヘテロダイン干渉法(DSHI)を用いて解析する。 さらに、光量子ビット上で安定化レーザーを試験し、サーボバンプ帯域内におけるラビ振動の振幅減衰に基づいてコヒーレンス時間を明確に改善した。 この手法は、最小限の変更で他の光学量子ビットに容易に適用できる。

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