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可扩展的组装单原子量子比特阵列的多层体系结构,该阵列位于三维泰伯光晶格中的双折射晶体中。

Scalable Multilayer Architecture of Assembled Single-Atom Qubit Arrays in a Three-Dimensional Talbot Tweezer Lattice.

机构信息

Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Physik, Schlossgartenstraße 7, 64289 Darmstadt, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 May 5;130(18):180601. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.180601.

DOI:10.1103/PhysRevLett.130.180601
PMID:37204875
Abstract

We report on the realization of a novel platform for the creation of large-scale 3D multilayer configurations of planar arrays of individual neutral-atom qubits: a microlens-generated Talbot tweezer lattice that extends 2D tweezer arrays to the third dimension at no additional costs. We demonstrate the trapping and imaging of rubidium atoms in integer and fractional Talbot planes and the assembly of defect-free atom arrays in different layers. The Talbot self-imaging effect for microlens arrays constitutes a structurally robust and wavelength-universal method for the realization of 3D atom arrays with beneficial scaling properties. With more than 750 qubit sites per 2D layer, these scaling properties imply that 10 000 qubit sites are already accessible in 3D in our current implementation. The trap topology and functionality are configurable in the micrometer regime. We use this to generate interleaved lattices with dynamic position control and parallelized sublattice addressing of spin states for immediate application in quantum science and technology.

摘要

我们报告了一种新颖的平台的实现,用于创建单个中性原子量子位的平面阵列的大规模 3D 多层配置:微透镜产生的泰伯光镊晶格,以零附加成本将 2D 光镊阵列扩展到第三个维度。我们演示了铷原子在整数和分数泰伯平面中的捕获和成像,以及不同层中无缺陷原子阵列的组装。微透镜阵列的泰伯自成像效应构成了一种结构稳健且波长通用的方法,用于实现具有有益扩展性质的 3D 原子阵列。在我们目前的实现中,每个 2D 层有超过 750 个量子位位点,这意味着在 3D 中已经可以访问 10000 个量子位位点。陷阱拓扑和功能在微米范围内可配置。我们使用此功能生成具有动态位置控制的交错晶格,并并行化自旋态的子晶格寻址,以便立即应用于量子科学和技术。

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