碱土原子中的相干保持泄漏检测与冷却

鉴于近期高保真量子逻辑门和按需可重构几何结构的演示，光镊阵列中的光捕获原子已成为量子信息处理的强大平台。在门操作和原子输运中，由于计算空间泄漏、原子运动加热或原子完全从阱中丢失，将产生额外的错误。在这项工作中，我们通过激光荧光以统一的方式处理这些错误通道，该荧光可以在不干扰其中编码的量子信息的情况下检测和冷却原子。由于只有原子中的电子直接与激光场耦合，这种量子非破坏性（QND）过程是通过将量子信息编码在类碱土原子的核自旋中并避免将其与电子耦合的超精细相互作用的影响而实现的。通过将荧光激光相对于 $\mathrm{^1S_0} \rightarrow \mathrm{^1P_1}$ 跃迁进行远失谐（相对于（小的）超精细分裂），核态间的光泵浦速率随失谐迅速下降，按 $~1/\Delta^4$ 比例缩放。相比之下，瑞利散射按 $~1/\Delta^2$ 比例缩放。我们还考虑了一种基于 $^1\mathrm{P}_1$ 线的共振泄漏检测方案。这是通过强交流斯塔克效应禁用超精细耦合，并通过修饰消除残余光移来实现的。同样的方案可用于将原子重新冷却至振动基态，以保持编码在碱土原子基态中的量子信息的相干性。这些进展可以显著改善中性原子用于容错量子计算的前景。