集体里德伯极化子中的单光子qutrit

我们报告了在里德伯系综中单个光子qutrit的相干创建、控制和读出。在每次测量中,一个光学光子通过电磁感应透明被存储为里德伯极化子。利用两个微波场,极化子被驱动进入三个集体态的任意叠加态,每个态编码在一个里德伯态中。该集体态通过微波场被映射为一个光子时间仓qutrit并顺序读出。包括制备、控制和读出在内的完整序列小于1.8~$\mu$s,这显著减轻了退相干。我们通过非破坏性拉姆齐干涉测量法测量了qutrit的相干性,这对于量子信息处理是优选的,并发现与理论模型有良好的定量一致性。在微秒时间尺度上利用微波耦合里德伯态写入、处理和读出单光子qutrit的能力,证明了qutrit高希尔伯特空间中的相干连通性。我们的研究是探索基于qutrit的量子信息过程和利用微波耦合里德伯原子系综进行拓扑物理量子模拟的重要一步。