离子量子比特的集成光学寻址
原子物理
2016-12-07 v2 光学
量子物理
摘要
囚禁离子量子比特所具有的长相干时间与强库仑相互作用，已实现量子信息处理（QIP）所需基元，并且确实是迄今为止任何量子比特中最高的量子操作保真度。然而，尽管向系统中每个单独离子输送光对于通用量子操控与读出至关重要，迄今为止的实验采用的光学系统难以扩展到甚至几十个量子比特。在此，我们展示了光刻定义的纳米光子波导器件，用于光路由与离子寻址，其完全集成在表面电极离子阱芯片内。通过聚焦光栅耦合器穿过陷阱电极中的开口，向囚禁在芯片上方 50 μm 处的离子发射光，在多个位置寻址离子量子比特；利用该光，我们在单个 88Sr+ 离子的光学量子比特跃迁上执行量子相干操作。光栅将光束聚焦到离子位置附近的衍射极限光斑，沿陷阱轴具有 2 μm 的 1/e^2 半径，我们测得在距光束中心 7.5-15 μm 处串扰误差介于 10^-2 与 4×10^-4 之间。得益于所采用的平面制造的可扩展性，以及陷阱芯片内光学集成所提供的紧聚焦与稳定对准，该方法为创建大规模囚禁离子 QIP 所需的光学系统提供了一条路径。
引用
@article{arxiv.1510.05618,
title = {Integrated optical addressing of an ion qubit},
author = {Karan K. Mehta and Colin D. Bruzewicz and Robert McConnell and Rajeev J. Ram and Jeremy M. Sage and John Chiaverini},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.05618},
year = {2016}
}