通过抑制声子跃迁诱导的退相干延长单碱土金属原子量子比特的相干时间极限
量子物理
2025-02-28 v3 原子物理
摘要
在光阱捕获单中性原子的量子计量学和量子信息处理领域，编码在电子态中的量子比特的相干时间被视为最重要的参数之一。为了获得更高的测量精度和量子操控精度，人们始终追求更长的相干时间。相干时间通常被认为仅由电子态间能量的相对稳定性决定，且退相干分析是通过经典处理原子运动来进行的。我们通过采用原子波函数的完整描述，提出了对光阱捕获碱金属原子两个基态电子态中编码的量子比特退相干的完整描述。考虑了运动态，即声子态。除了由差分光移（DLS）方差引起的退相干外，还发现并在实验上验证了一种新的退相干机制：声子跃迁诱导退相干（PJID）。通过将原子捕获在蓝失谐瓶形光束阱（BBT）中并将原子制备在其三维运动基态中，从而抑制 DLS 和 PJID 的方差，单铯原子量子比特的相干时间可延长至 s。该相干时间是光阱捕获单碱金属原子中编码的量子比特中最长的。我们的工作深入理解了单原子量子比特的退相干机制，从而为延长相干时间极限提供了新途径。该方法可应用于其他原子和分子，为高精度控制光阱捕获的原子或分子的量子态开辟了新前景。
引用
@article{arxiv.2312.11196,
title = {Extending the coherence time limit of a single-alkali-atom qubit by suppressing phonon-jumping-induced decoherence},
author = {Zhuangzhuang Tian and Haobo Chang and Xin Lv and Mengna Yang and Zhihui Wang and Pengfei Yang and Pengfei Zhang and Gang Li and Tiancai Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.11196},
year = {2025}
}
备注
6 pages, 4 figures in the main text; 7 pages, 9 figures in the supplementary material