2電子原子アレイのRydberg状態を用いた誤り耐性量子計算

使用二电子原子阵列的里德堡态的容错量子计算

• 批准号: 22K13982
• 负责人: 小西 秀樹
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K13982/
• 关键词: 冷却原子; 単一原子アレイ; Rydberg原子; 量子計算

本課題研究開始時までに、イッテルビウム(Yb)原子によるRydberg原子アレイ構築のため、Ybの同位体174Yb原子の音響光学偏向器(AOD)対を用いた単一原子トラップは成功しており、さらにAODによるアレイの再配列を実装し、一次元および二次元での無欠損単一原子アレイも実現していた。また、単一Yb原子を基底状態から準安定3P2状態を介してRydberg状態へと励起することにも成功しており、これらの成果をまとめた論文はJournal of Physical Society of Japan誌に掲載された。今年度はまず、単一原子イメージングの改善に取り組んだ。これまでは狭線幅の1S0-3P1遷移(波長556nm)を用いて、冷却と発光が同時にバランスするようなパラメータでイメージングを行っていたが、より高いフィデリティのイメージングを実現するため、556nmでは冷却のみを行い、1S0-1P1遷移(399nm)で発光を行えるように399nm用の高NA対物レンズを追加し、399nmでの発光イメージングに成功した。また将来の量子計算への応用を見据え、核スピン1/2をもつ同位体171Ybの光ピンセットアレイへの単一原子トラップ、イメージングにも成功している。年度の後半はアレイのさらなる大規模化を目指し、空間光変調器(SLM)を用いたトラップを構築した。AODによる再配列プロトコルと組み合わせることにより、大規模な無欠損単一原子アレイを実現できる。また準安定3P2状態に加え、3P0状態を用いた量子計算スキームの実装に向けて、基底状態と3P0状態の間でのライトシフトをキャンセルする、いわゆる魔法波長759nmの光源の準備も行った。

到这项研究开始之时，使用声学偏转器（AOD）YB同位素174YB原子对单原子陷阱成功构建了用Ytterbium（YB）原子构建Rydberg Atomic阵列，并且还可以通过AOD进行重新排列，并实现AOD，AOD和两位数的单位，并固定了两位数。它还成功地通过亚稳态的3p2州从地面到瑞德伯格州授予了一个YB原子，并发表了一篇汇总这些结果的论文发表在日本物理社会杂志上。今年，我们首先致力于改进单原子成像。到目前为止，使用狭窄的线宽1S0-3P1过渡（波长556nm）进行成像，该参数具有同时平衡冷却和排放的参数，但要实现更高的保真度成像，仅在556nm进行冷却，在556nm进行冷却，在399nm的内部允许在1S0-1S0 and forminential中添加较高的NAM，并在1SS0-1S0 and inmection中添加较高的亮度（39）。 399nm。此外，为了将来在量子计算中应用，它已成功地执行了具有1/2核自旋的光学镊子阵列的同位素171YB的单个原子捕获和成像。在财政年度的下半年，我们旨在进一步增加阵列的规模，并使用空间光调节器（SLM）构造陷阱。结合AOD重排协议，可以实现大规模缺陷的单原子阵列。除了亚稳态3P2状态外，我们还准备了一个带有759 nm的魔法波长的光源，该波长取消了地面和3P0状态之间的光移，以便使用3P0状态实现量子计算方案。

项目成果

High-resolution Spectroscopy and Single-photon Rydberg Excitation of Reconfigurable Ytterbium Atom Tweezer Arrays Utilizing a Metastable State

利用亚稳态的可重构镱原子镊子阵列的高分辨率光谱和单光子里德伯激发

• DOI: 10.7566/jpsj.91.084301
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Okuno Daichi;Nakamura Yuma;Kusano Toshi;Takasu Yosuke;Takei Nobuyuki;Konishi Hideki;Takahashi Yoshiro
• 通讯作者: Takahashi Yoshiro

空間光変調器を用いた単一イッテルビウム原子の光ピンセットアレイトラップ

使用空间光调制器的光镊阵列捕获单个镱原子

• 发表时间: 2023
• 作者: 草野透志;中村勇真;Christian Gnandt;尾崎凌明;奥野大地;高須洋介;小西秀樹;高橋義朗
• 通讯作者: 高橋義朗