論文の概要: A Rydberg atom array coupled to a high-cooperativity optical cavity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.20889v1
• Date: Wed, 14 Oct 2026 20:18:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-16 19:13:16.058388
• Title: A Rydberg atom array coupled to a high-cooperativity optical cavity
• Title（参考訳）: 高協力性光キャビティに結合したライドバーグ原子アレイ
• Abstract要約: 原子-原子相互作用のリドバーグ状態制御と原子-光相互作用のキャビティ制御を統合することで、局所エンタングリング演算と光子を介する長距離結合、測定、通信の組み合わせが可能になる。 ここでは、Rydberg tweezerアレイを高協調性光キャビティに結合し、キャビティ長アクチュエータによって生じる電場を抑制し、残場変動がRydbergコヒーレンスを制限しないようにする。 これらの能力は、ネットワーク化されたRydbergプロセッサへの経路、アナログ量子シミュレータにおける中間回路の測定、および、絡み合ったエミッタをまとめて光に結合した多体量子光学へ開放される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.09029202068787741
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Integrating Rydberg-state control of atom-atom interactions with cavity control of atom-light interactions enables the combination of local entangling operations with photon-mediated long-range coupling, measurement, and communication. Such integration is challenging because electric fields generated by charges on cavity optics and by cavity-stabilizing actuators may disturb Rydberg-state coherence. Here, we couple a Rydberg tweezer array to a high-cooperativity optical cavity, suppressing the electric fields produced by cavity length actuation so that the residual field variation of about $3~\mathrm{mV/cm}$ rms does not limit Rydberg coherence. We demonstrate two capabilities that neither system provides alone. First, we use Purcell-enhanced fluorescence to read out atoms directly in the ground-Rydberg basis within $7.5~μ\mathrm{s}$, well within the Rydberg-state lifetime, with ground- and Rydberg-state detection infidelities of $3\%$ and $5\%$, respectively, and with low atom loss. Second, we use Rydberg-Rydberg interactions to control collective light-atom scattering into the cavity mode. Specifically, we drive blockaded Rabi oscillations between a state with two ground-state atoms, which scatter collectively with a superradiant or subradiant rate controlled by the atomic positions, and an entangled state with a single Rydberg excitation, which scatters like a single atom. These capabilities open routes toward networked Rydberg processors, mid-circuit measurements in analog quantum simulators, and many-body quantum optics with entangled emitters coupled collectively to light.
• Abstract（参考訳）: 原子-原子相互作用のリドバーグ状態制御と原子-光相互作用のキャビティ制御を統合することで、局所エンタングリング演算と光子を介する長距離結合、測定、通信の組み合わせが可能になる。 このような積分は、キャビティ光学の電荷やキャビティ安定化アクチュエータによって生じる電場が、ライドバーグ状態のコヒーレンスを乱す可能性があるため、困難である。 ここでは、Rydberg tweezerアレイを高協調性光キャビティに結合し、キャビティ長運動によって生じる電界を抑え、約3〜\mathrm{mV/cm}$ rmsの残留電界変動がRydbergコヒーレンスを制限しないようにする。 どちらのシステムも単独で提供する2つの機能を示します。 まず、Purcell-enhanced fluorescence を用いて、Rydberg 状態の寿命内において、それぞれ 3 %$ と 5 %$ と低い原子損失を持つ、7.5~μ\mathrm{s}$ の基底線で原子を直接読み取る。 次に、Rydberg-Rydberg相互作用を用いて、共振器モードへの集合光原子散乱を制御する。 具体的には、2つの基底状態原子を持つ状態と、原子位置によって制御される超放射能または亜放射能の速度で一括して散乱する状態と、単一のRydberg励起を持つ絡み合った状態との間に、ブロックされたRabi振動を駆動し、単一の原子のように散乱する。 これらの能力は、ネットワーク化されたRydbergプロセッサへの経路、アナログ量子シミュレータにおける中間回路の測定、および、絡み合ったエミッタをまとめて光に結合した多体量子光学へ開放される。

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