論文の概要: Single-qubit detection by collective phase imprinting
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.06970v1
- Date: Fri, 07 Aug 2026 08:45:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-10 16:21:25.421876
- Title: Single-qubit detection by collective phase imprinting
- Title（参考訳）: 集合位相インプリンティングによる単一量子ビット検出
- Abstract要約: 制御原子のグラウンド・ツー・ライドベルク遷移に符号化された単一量子ビットを、光学格子に閉じ込められた基底状態原子のライドベルクの標的アンサンブルに結合するプラットフォームを導入する。
制御量子ビットの状態は、qubit制御された集合位相シフトによってアンサンブルにコヒーレントにマッピング可能であることを示す。
本研究では,1つのRydberg励起の非破壊的検出を$mathcalF = 99.81+0.17_-1の状態割当忠実度で実現する手法の有効性を実証する。
- 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: The amplification of quantum information carried by a single quantum excitation is a recurring challenge across diverse quantum platforms. The coupling between a single qubit and a mesoscopic ensemble of spins, for example, can be leveraged to realize non-destructive detection of the qubit state. However, realizing robust couplings between such systems is experimentally challenging and typically requires programmable quantum gates or native long-range interactions. Here, we introduce a platform that couples a single qubit, encoded in the ground-to-Rydberg transition of a control atom, to a Rydberg-dressed target ensemble of ground-state atoms trapped in an optical lattice. We show that the state of the control qubit can be coherently mapped onto the ensemble via a qubit-controlled collective phase shift. By Rydberg-dressing the ensemble, the controlled phase shift per target atom becomes independent of the number of target atoms, making the protocol intrinsically insensitive to atom-number fluctuations and atom loss, which are the dominant experimental imperfections in our system. Exploiting the collective response of up to eight target spins, we demonstrate the efficacy of the scheme by realizing non-destructive detection of a single Rydberg excitation with a state-assignment fidelity of $\mathcal{F} = 99.81^{+0.17}_{-1.47}\,\%$. Our approach demonstrates the key ingredients for high-fidelity transfer of quantum information from a single qubit to a mesoscopic ensemble, opening a route to non-destructive mid-circuit readout of Rydberg states and to efficient interfaces between single qubits and photonic modes.
- Abstract（参考訳）: 単一の量子励起によってもたらされる量子情報の増幅は、様々な量子プラットフォームにまたがって繰り返される課題である。
例えば、単一の量子ビットとメソスコピックなスピンのアンサンブルのカップリングは、量子ビット状態の非破壊的な検出を実現するために利用することができる。
しかし、そのようなシステム間の堅牢な結合を実現することは実験的に困難であり、通常はプログラム可能な量子ゲートやネイティブな長距離相互作用を必要とする。
ここでは、制御原子の基底-リドベルグ遷移に符号化された単一量子ビットを、光学格子に閉じ込められた基底状態原子のターゲットアンサンブルに結合するプラットフォームを導入する。
制御量子ビットの状態は、qubit制御された集合位相シフトによってアンサンブルにコヒーレントにマッピング可能であることを示す。
Rydberg-dressing the ensemble, the controlled phase shift per target atom is independent from the number of the target atom, makes the protocol intsensitive to atom-number fluctuations and atom loss, which are the dominant experimental imperfections in our system。
最大8個のターゲットスピンの集合応答を爆発させ、このスキームの有効性を証明し、単一のリドベルグ励起を99.81^{+0.17}_{-1.47}\,\%$の状態割り当てフィリティで非破壊的に検出することで、このスキームの有効性を実証する。
提案手法は,単一量子ビットからメソスコピックアンサンブルへの量子情報の高忠実転送,ライドバーグ状態の非破壊的な中間回路読み出しへの経路の開放,および単一量子ビットとフォトニックモード間の効率的なインターフェースの実証である。
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