单个碱土原子中精细结构量子比特的相干控制

我们报告了在光镊中俘获的单个 $^{88}$Sr 原子的亚稳态精细结构状态 ${^3\rm{P}_0}$ 和 ${^3\rm{P}_2}$ 中编码的新型中性原子量子比特的首次实现。量子比特状态的 Raman 耦合有望实现与快速的 Rydberg 介导双比特门相当的单比特快速旋转。我们展示了该量子比特的制备、读出和相干控制。除了使用一对锁相时钟激光器驱动跨越超过 17 THz 能隙的 Rabi 振荡外，我们还进行了 Ramsey 光谱学以提取横向量子比特相干时间 $T_2$。当光镊被调节至 magic 俘获条件（在我们的装置中通过外部控制磁场调节 ${^3\rm{P}_2}$ 态的张量极化率来实现）时，我们测得 $T_2 = 1.2$ ms。使用微观量子力学模型模拟了我们的实验，包括主要噪声源。我们确定了限制观测相干时间的主要约束，并展望了不久的将来对系统的改进。我们的工作为基于中性原子的量子计算开辟了一种迄今为止尚未探索的量子比特编码概念。