利用原子系综快速制备与探测里德伯量子比特

我们展示了一种用于原子里德伯态量子比特快速制备、操控与集体读出的新方法。通过利用小原子系综内的里德伯阻塞，我们在 3~$\mu$s 内以 $F_p=0.93 \pm 0.02$ 的成功概率制备单个量子比特，对其旋转，并在 $6$ $\mu s$ 内以 $F_d=0.92 \pm 0.04$ 的单次保真度读出其状态。该系综辅助探测比具有相同光学分辨率下单原子成像快 $10^3$ 倍，并可实现快速重复非破坏测量。我们观测到量子比特相干时间为 15~$\mu$s，远长于 90~ns 的 $\pi$ 旋转时间。讨论了从原子阵列中更快速的量子信息处理到量子纠错的高效实现等潜在应用。