激光-量子比特操作中的非准射射效应

紧密聚焦的激光束（即光学镊子）是实现中性原子和捕获离子类比及数字量子模拟的关键技术。尽管如此，目前的直觉和理论处理大多依赖准射射近似，而该近似在光学镊子的焦点处会失效。我们发展了一种解析模型，并将其与数值仿真相结合，用于量化非准射射效应如何在下一代可扩展量子硬件中表现，其中使用紧密聚焦的束用于单个量子比特控制。具体而言，我们计算了高斯束和拉盖尔-高斯束所产生的光势，驱动中性离子$^{40}$Ca$^+$中$^2$S$_{1/2}\rightarrow$ $^2$D$_{5/2}$跃迁的四极矩跃迁。束中纵向场分量导致Rabi频率和AC Stark位移空间相关，从而导致意外的量子比特-运动耦合。我们通过解析模型和数值仿真表征由于该效应导致的单量子比特和双量子比特门的误差率。我们识别了在高精度量子控制下应考虑非准射射效应的 regime。最后，我们指出，非准射射效应在中性原子和分子寻址的情况下可能更为严重。