单中性原子的超快高保真度态读出

测量量子系统状态的能力对于实用量子网络至关重要，其应用包括分布式量子计算和长距离量子通信。作为量子信息技术的繁荣平台，单中性原子受限于可达到的低光子散射率和浅俘获势，这限制了态读出过程的保真度和速度。本文通过在 Purcell 区域内将单中性原子与基于光纤的高精细度法布里-珀罗微腔（FFPC）耦合，实现了原子光发射率的强增强，从而能够对原子的亮态和暗态超精细态进行超快且高保真度的辨识。读出保真度可在 200 ns 内达到 99.1(2)%，在 9 $\mu$s 内达到 99.985(8)%。此外，我们证明了基于超快态读出的实时决策协议可以有效地加速通过光抽运进行的态制备。这项工作为实现具有高通信速率和高保真度的量子网络协议铺平了道路。