利用中性原子中状态依赖的光位移设计塞曼能级五重态

该研究团队提出了一种通用方法,通过结合强线性塞曼位移与态相关光位移,在塞曼子能级间构建可独立寻址的跃迁来工程化高维量子比特(qudit)。该方法不仅解除了相邻态间的简并性,同时将其能级分裂调谐至射频(RF)域,从而可利用实验易实现的驱动频率在塞曼能级体系内实现相干操控。 作为具体实现方案,研究人员探索了在中性锶-88原子(⁸⁸Sr)长寿命³P₂态塞曼子能级中编码SU(5)五重态的实施方案,这些原子被囚禁在远失谐的σ⁻偏振光镊中。基于实际实验参数,该工作通过数值模拟展示了五重态能级的完整操控能力,包括:通过多光子转移实现特定SU(5)基矢态的初始化、由射频场驱动的态选择性与位点选择性单qudit旋转操作,以及快速态选择性光学读出。模拟结果表明:系统可在~1μs内实现ℱ≃0.99的态制备保真度,单qudit门操作在~2.5μs的π脉冲时间内达到ℱ≃0.99保真度,并实现持续时间低于10μs的快速破坏性成像。 这些研究成果为塞曼子能级编码qudit的高保真度操控建立了普适性框架,同时凸显了锶原子³P₂能级体系在可扩展qudit量子技术中的重要应用潜力。

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提交arXiv: 2025-12-16 17:21

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