在旋转的彭宁阱离子晶体中实现可编程位点选择性自旋控制

潘宁阱中的大型离子晶体为量子模拟和传感提供了包含数百个自旋的平台,但其持续的刚体旋转至今限制了灵活的局域量子比特控制。本研究在潘宁阱中展示了可编程的位点选择性自旋控制,作用于大型旋转的${}^{9}\mathrm{Be}^{+}$晶体。通过离共振聚焦激光束产生的差分AC斯塔克位移,驱动局域$R_z$相位旋转。与晶体旋转同步的光束扫描使得能够寻址晶体中的任意离子。基于拉姆齐方法的表征显示,$R_z(π)$门保真度为94.6%,最近邻串扰为1.2%。利用这一能力,研究人员制备了空间结构化的自旋图案,在单层晶体中生成了双斯格明子自旋纹理,随后将该方法扩展到双层晶体,执行了层选择性寻址操作。进一步地,通过在不同空间子系综之间施加相对$π/2$相位偏移,实现了双正交拉姆齐传感,从而在单次实验实现中同时测量正交自旋分量。这些结果确立了大型旋转离子晶体中的可编程局域控制,为在多维离子阱系统中工程化空间结构化的量子态开辟了新途径。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-05-31 00:53

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