論文の概要: Strong coupling of a reconfigurable ${}^{171}$Yb atom array to a tunable telecom-band nanofiber cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.25232v1
- Date: Mon, 21 Sep 2026 18:00:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-23 18:04:04.05876
- Title: Strong coupling of a reconfigurable ${}^{171}$Yb atom array to a tunable telecom-band nanofiber cavity
- Title（参考訳）: 再構成可能な${}^{171}$Yb原子配列と可変テレコムバンドナノファイバーキャビティとの強い結合
- Abstract要約: 最初の中性原子空洞-QEDシステムは、テレコムバンド原子遷移において単一原子の強い結合状態に達する。
再構成可能な171$Yb原子配列は、高忠実度ゲートと準安定量子ビット状態を組み合わせたものである。
40kHzの時間多重リモート原子エンタングルメント発生
- 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: Nanophotonic cavities provide strong atom-photon coupling in a compact, directly fiber-coupled geometry, while a reconfigurable array of $^{171}$Yb atoms combines high-fidelity gates with a metastable qubit state coupled directly to a telecom-band transition, making the two a natural interface between neutral-atom quantum processors and telecom quantum networks. Here, we realize strong atom-cavity coupling on the ${}^{3}\mathrm{P}_0 \leftrightarrow {}^{3}\mathrm{D}_1$ transition of ${}^{171}\mathrm{Yb}$, establishing, to our knowledge, the first neutral-atom cavity-QED system to reach the single-atom strong-coupling regime on a telecom-band atomic transition. Reflection spectroscopy of a single-sided cavity yields a single-atom internal cooperativity of $C_{\mathrm{in}}=5.6(1.0)$ and collective coupling following $\sqrt{N}$ scaling up to $N=5$ atoms, with homogeneous coupling at antinodes over $\sim$200 $\mathrmμ$m along the nanofiber. Thermal tuning of a fiber Bragg grating provides in situ control of the cavity outcoupling rate over two orders of magnitude from the undercoupled to the overcoupled regime, relevant for various atom-cavity protocols. We confirm compatibility with reconfigurable atom arrays by demonstrating 99.95(6)\% imaging fidelity and trap lifetimes comparable to free-space array, at 1 $\mathrmμ$m from the nanofiber axis. Moreover, the diameter-engineered antireflection design of the nanofiber enables tweezer-based atom transport across the nanofiber with no measurable loss or heating at 4.5 $\mathrmμ$m above the nanofiber, supporting a two-layer architecture for the nanofiber-integrated atom array. From the demonstrated atom-cavity coupling, atom capacity, and cavity mode profile, we project time-multiplexed remote atom-atom entanglement generation at 40 kHz, with prospects for further scaling through technical enhancements and channel multiplexing.
- Abstract（参考訳）: ナノフォトニックキャビティは、コンパクトで直接ファイバー結合された幾何学において強い原子-光子カップリングを提供する一方、$^{171}$Yb原子の再構成可能な配列は、高忠実度ゲートと、テレコムバンド遷移に直接結合された準安定量子ビット状態とを結合し、中性原子量子プロセッサとテレコム量子ネットワークの間の自然なインターフェースとなる。
ここでは、${}^{3}\mathrm{P}_0 \leftrightarrow {}^{3}\mathrm{D}_1$ transition of ${}^{171}\mathrm{Yb}$, established to our knowledge, the first neutral-atom cavity-QED system to reach the single-atom strong-coupling regime on a telecom-band atomic transition。
単一側空洞の反射分光は、C_{\mathrm{in}}=5.6(1.0)$の単一原子内部の協調性と、ナノファイバーに沿って$\sim$200$\mathrmμ$mの反陽極での均質結合を持つ$\sqrt{N}$の後の集合結合をもたらす。
ファイバーブラッグ格子の熱的チューニングは、様々な原子キャビティプロトコルに関連する過結合状態から過結合状態への2桁のキャビティアウトカップリング速度をその場で制御する。
我々は,ナノファイバー軸から1$\mathrmμ$mの自由空間配列に匹敵するイメージ忠実度とトラップ寿命を99.95(6)\%で示し,再構成可能な原子配列との整合性を確認した。
さらに、ナノファイバーの直径エンジニアリングによる反反射設計により、ナノファイバーを通したツイーザーベースの原子輸送が可能であり、ナノファイバーの上の4.5$\mathrmμ$mで測定可能な損失や加熱を伴わず、ナノファイバー集積原子アレイの2層構造をサポートする。
実証された原子空洞結合, 原子容量, キャビティモードプロファイルから, 40kHzの時間多重リモート原子-原子絡み合い生成を計画し, 技術的拡張とチャネル多重化によるさらなるスケーリングを期待する。
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