2電子原子アレイのRydberg状態を用いた誤り耐性量子計算

本課題研究開始時までに、イッテルビウム(Yb)原子によるRydberg原子アレイ構築のため、Ybの同位体174Yb原子の音響光学偏向器(AOD)対を用いた単一原子トラップは成功しており、さらにAODによるアレイの再配列を実装し、一次元および二次元での無欠損単一原子アレイも実現していた。また、単一Yb原子を基底状態から準安定3P2状態を介してRydberg状態へと励起することにも成功しており、これらの成果をまとめた論文はJournal of Physical Society of Japan誌に掲載された。今年度はまず、単一原子イメージングの改善に取り組んだ。これまでは狭線幅の1S0-3P1遷移(波長556nm)を用いて、冷却と発光が同時にバランスするようなパラメータでイメージングを行っていたが、より高いフィデリティのイメージングを実現するため、556nmでは冷却のみを行い、1S0-1P1遷移(399nm)で発光を行えるように399nm用の高NA対物レンズを追加し、399nmでの発光イメージングに成功した。また将来の量子計算への応用を見据え、核スピン1/2をもつ同位体171Ybの光ピンセットアレイへの単一原子トラップ、イメージングにも成功している。年度の後半はアレイのさらなる大規模化を目指し、空間光変調器(SLM)を用いたトラップを構築した。AODによる再配列プロトコルと組み合わせることにより、大規模な無欠損単一原子アレイを実現できる。また準安定3P2状態に加え、3P0状態を用いた量子計算スキームの実装に向けて、基底状態と3P0状態の間でのライトシフトをキャンセルする、いわゆる魔法波長759nmの光源の準備も行った。

本課題研究開始時までに、イッテルビウム(Yb)原子によるRydberg原子アレイ構築のため、Ybの同位体174Yb原子の音響光学偏向器(AOD)対を用いた単一原子トラップは成功しており、さらにAODによるアレイの再配列を実装し、一次元および二次元での無欠損単一原子アレイも実現していた。また、単一Yb原子を基底状態から準安定3P2状態を介してRydberg状態へと励起することにも成功しており、これらの成果をまとめた論文はJournal of Physical Society of Japan誌に掲載された。今年度はまず、単一原子イメージングの改善に取り組んだ。これまでは狭線幅の1S0-3P1遷移(波長556nm)を用いて、冷却と発光が同時にバランスするようなパラメータでイメージングを行っていたが、より高いフィデリティのイメージングを実現するため、556nmでは冷却のみを行い、1S0-1P1遷移(399nm)で発光を行えるように399nm用の高NA対物レンズを追加し、399nmでの発光イメージングに成功した。また将来の量子計算への応用を見据え、核スピン1/2をもつ同位体171Ybの光ピンセットアレイへの単一原子トラップ、イメージングにも成功している。年度の後半はアレイのさらなる大規模化を目指し、空間光変調器(SLM)を用いたトラップを構築した。AODによる再配列プロトコルと組み合わせることにより、大規模な無欠損単一原子アレイを実現できる。また準安定3P2状態に加え、3P0状態を用いた量子計算スキームの実装に向けて、基底状態と3P0状態の間でのライトシフトをキャンセルする、いわゆる魔法波長759nmの光源の準備も行った。