Спектроскопия перехода 2D3/2(F=1) → 2D3/2(F=2) в ионе 171Yb+ для задач квантовых вычислений
К. П. Галстян1,2, И. В. Заливако1,2, А. С. Борисенко1,2, И. А. Семериков1,2, А. А. Головизин1,2, К. Ю. Хабарова1,2, Н. Н. Колачевский1,2
1 Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, г. Москва, Россия
2 Российский квантовый центр, г. Москва, Россия
В данной работе представлены результаты экспериментов по уточнению значения частоты сверхтонкого расщепления состояния 2D3/2 в ионе иттербия-171 и измерению g-фактора Ланде этого состояния. Информация о точном значении этих величин важна как для фундаментальных исследований [1], так и в прикладных работах [2]. Эти данные важны для уточнения расчетов энергетической структуры частиц и при создании стандартов частоты. Помимо этого, они необходимы для корректной калибровки ионного квантового вычислителя, а возможность управления этим переходом позволяет существенно расширить его возможности.
Использование данного перехода расширяет размерность пространства кудита в ионе иттербия, доступного для вычислений, а также позволяет производить эффективные глобальные кудитные операции. Одним из примеров использования данного перехода является повышение эффективности считывания кудитов. Исследуемый переход играет важную роль для развития масштабируемых квантовых вычислений, особенно на основе гибридных архитектур, комбинирующих микроволновые и оптические методы. Также данный переход используется нами для реализации протокола mid-circuit measurement и проведения телепортации CNOT-гейта на его основе.
Измерения проводились на цепочке из 10 ионов иттербия-171 в линейной ловушке Пауля при помощи микроволновой спектроскопии. Наш результат существенно повышает точность значения частоты сверхтонкого расщепления и g-фактора по сравнению с ранее опубликованным значением. Данные результаты особенно интересны в свете наблюдающихся в литературе противоречий между результатами расчетов и экспериментальными данными, полученными нами и другими исследователями.
Литература
1) Tan T. R., Edmunds C. L., Milne A. R., et al. Precision characterization of the 2D5/2 state and the quadratic Zeeman coefficient in 171Yb+ // Physical Review A. 2021. Vol. 104. no. 1. P. L010802.
2) Warrington R. B., Fisk P. T. H., Wouters M. J., Lawn M. A. A microwave frequency standard based on laser-cooled 171Yb+ ions // Frequency Standards And Metrology. 2002. P. 297–304.