囚禁中性原子中超精细 Qudit 的全光学通用控制
量子物理
2026-05-12 v1 原子物理
摘要
具有两个以上能级的量子系统——即所谓的 qudit——与基于 qubit 的架构相比，提供了更高的计算密度并降低了电路复杂性，但实现通用且可扩展的控制仍然具有挑战性。我们提出了一种在中等到强磁场下囚禁中性原子中实现通用 qudit 控制的全光学方案，重点关注费米同位素 Yb（）。 流形中的强超精细相互作用使得能够使用单一线偏振激光，在 基态流形中的核自旋态之间实现快速且选择性的 Raman 跃迁。对于 qudit 流形中的每个相邻跃迁，我们确定了一个魔幻偏振角，能够实现相干、态选择性控制，同时抑制非共振激发，操作频率超过 100~kHz。结合相移操作，这实现了对完整单 qudit 空间的通用控制。我们进一步讨论了基于 Rydberg blockade 机制的兼容双 qudit 门，从而构成一个通用门集，并分析了与所提协议兼容的态选择性读出方案。我们的结果表明，Yb 是用于高保真度、全光学 qudit 量子信息处理的有前景平台。
引用
@article{arxiv.2605.09715,
title = {All-Optical Universal Control of Hyperfine Qudits in Trapped Neutral Atoms},
author = {Johannes K. Krondorfer and Matthias Diez and Andreas Kruckenhauser and Andreas W. Hauser},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.09715},
year = {2026}
}