超低温分子の内部自由度を利用した誤り耐性量子計算の実現

点击翻译按钮获取中文摘要

光ピンセット中での極低温分子生成に向けて、本年度は光ピンセットアレイの大規模化に取り組んだ。はじめにイッテルビウム（Yb）原子の1S0-1P1（波長399nm）遷移を用いた単一Yb原子の蛍光イメージングを行い、原子の有無判定における誤判定確率が0.5%以下の高忠実度なイメージングを実現した。これまで用いてきた1S0-3P1（波長556nm）遷移によるイメージングでは、ピンセット光（波長532nm）によるバックグランドノイズの影響が大きく、アレイの大規模化における課題となっていたが、1S0-1P1遷移をイメージングに用いることでこれを解決した。次に、光ピンセットアレイ生成において、音響光学偏向器を利用した方法から空間光変調器による方法へと切り替えることでアレイの大規模化を可能にし、200サイト程度からなるアレイ生成と単一Yb原子のトラップおよびイメージングに成功した。さらに、音響光学偏向器による動的な光ピンセットを組み合わせることで原子の再配列を試み、4行8列の光ピンセットアレイにおいて、約50％のローディング確率でランダムに原子がロードされた状態から4行4列の無欠損原子アレイを生成することに成功した。これは大規模無欠損原子アレイ生成に向けた重要な成果である。極低温分子が持つ振動や回転の自由度の他に核スピン自由度も量子ビットとして利用可能である。これに向けて1/2の核スピンを有するフェルミ同位体である171Ybの光ピンセットによる単一原子トラップを試み、これまで利用してきた174Ybと同程度の高忠実度な蛍光イメージングを実現した。以上の結果を学会で報告した。また、昨年度に行った174Ybの単一原子トラップ、1S0-3P2遷移の狭線幅分光、3P2状態からの1光子リドベルグ励起およびリドベルグ分光の結果をまとめ、論文にて発表した。