Alkaline-Earth-Metal Atoms as Few-Qubit Quantum Registers
Alexey V. Gorshkov, Ana Maria Rey, Andrew J. Daley, Martin M. Boyd, Jun Ye, Peter Zoller, Mikhail D. Lukin
备注：
4 pages, 2 figures. V2: as published in Phys. Rev. Lett.. Intro modified to properly acknowledge Phys. Rev. A 72, 052330 (2005). Detection section modified to make it clear that it is not necessary to go to the Paschen-Back regime if one uses off-resonant detection. Reference list modified
We propose and analyze a novel approach to quantum information processing, in which multiple qubits can be encoded and manipulated using electronic and nuclear degrees of freedom associated with individual alkaline-earth atoms trapped in an optical lattice. Specifically, we describe how the qubits within each register can be individually manipulated and measured with sub-wavelength optical resolution. We also show how such few-qubit registers can be coupled to each other in optical superlattices via conditional tunneling to form a scalable quantum network. Finally, potential applications to quantum computation and precision measurements are discussed.
我们提出了一个完整的方案，量子信息处理使用碱土金属原子的独特功能。我们展示了如何为$^1$ S $_0$和$^3$ P $_0$态形成两个完全独立的晶格，一个用作核自旋上编码的量子位的存储晶格，另一个用作移动量子位和执行门操作的传输晶格。我们讨论了如何$^3$ P $_2$水平可以用于解决个别量子位，以及如何碰撞损失从亚稳态可以用来执行门通过一个有损封锁机制。
Precision probing of ionic-core transitions in alkaline-earth Rydberg atoms
Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪大学工学研究科）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, The University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心）
Anomalously enhanced lifetimes of low angular momentum Rydberg states in singly charged alkaline-earth metal ions
Institut für Theoretische Physik and Center for Integrated Quantum Science and Technology, Universität Tübingen（蒂宾根大学理论物理研究所与集成量子科学与技术中心）；School of Physics and Astronomy and Centre for the Mathematics and Theoretical Physics of Quantum Non-Equilibrium Systems, The University of Nottingham（诺丁汉大学物理与天文学学院及量子非平衡系统数学与理论物理中心）
Investigating Roles of Triple Excitations for High-precision Determination of Clock Properties of Alkaline Earth Metal Singly Charged Ions
Atomic, Molecular and Optical Physics Division, Physical Research Laboratory（物理研究实验室原子、分子与光学物理分部）；Indian Institute of Technology Gandhinagar（甘地纳加尔印度理工学院）
我们演示了单个碱土原子在光镊中的单次成像和窄线冷却，特别是被困在$515.2~\text{nm}$光中的锶-88原子。我们实现高保真单原子分辨成像检测光子从宽单重态跃迁，而冷却的窄相互组合线，并将这种技术扩展到高度均匀的二维阵列的$121$镊子。成像过程中的冷却是基于以前未观察到的窄线西西弗斯机制，我们预测这将适用于各种各样的实验情况。此外，我们证明了光分辨边带冷却的单原子接近运动的基态的镊子。在成像过程中损失的精确测定表明，从$^1$ P $_1$到$^1$ D $_2$的分支比比通常引用的大两倍以上，这也是我们的从头计算预测的差异。我们还测量了在$515.2~\text{nm}$镊子中的互组合线的微分极化率，并通过将镊子极化从线性调谐到椭圆来实现魔捕配置。我们目前的计算，与我们的结果一致，预测魔术交叉线偏振在$520(2)~\text{nm}$和交叉独立的偏振在500.65（50）nm。我们的研究结果为基于镊子中单独控制的碱土原子的广泛的新实验途径铺平了道路-从原子物理学的基础实验到量子计算，模拟和计量实施。
State-dependent lattices for quantum computing with alkaline-earth-metal atoms
最近碱土原子的实验进展为量子计算方案打开了大门，在该方案中，量子比特被编码在长寿命的核自旋态中，并且这些物种的亚稳态电子态被用于操纵和读出量子比特。在这里，我们将讨论这些方案的一个变体，其中门操作在核自旋相关的光晶格中进行，通过近共振耦合到亚稳态激发态形成。这提供了对先前方案的替代方案[A]。J. Daley，M. M. Boyd，J.Ye和P.Zoller，Phys.Rev.Lett 101，170504（2008）]，其涉及用于不同电子状态的独立晶格。在前面的情况下，我们展示了如何现有的想法与碱原子的量子计算，如通过受控碰撞纠缠可以从重要的技术限制。我们还提供了有关使用亚稳态的碰撞损失通过有损封锁机制执行门操作的更多详细信息。
Laser Manipulation of Spin-Exchange Interaction Between Alkaline-Earth Atoms in $^1$S$_0$ and $^3$P$_2$ States
费米子碱土（类）原子的超冷气体是由磁性杂质（例如，Kondo物理学），因为分别处于电子基态（$^1$ S $_0$）和亚稳态（$^3$ P）的两个原子之间存在自旋交换相互作用（SEI）。然而，这种SEI不能通过磁Feshbach共振来调谐。在这项工作中，我们提出了三种方法来控制一个原子在$^1$ S $_0$状态和另一个原子在$^3$ P PDMA状态之间的SEI THAMP状态或$^3$ P $_2$ - $^3$ P $_0$修饰状态，这些方法基于$^3$ P $_2$态的自旋相关AC斯塔克位移，或$^3$ P $_2$ - $^3$ P $_0$拉曼耦合。结果表明，由于类碱土金属原子的结构，我们的方法所产生的热效应很弱。例如，对于超冷Yb原子，$^3$ P $_2(F=3/2)$能级的不同自旋态的AC-斯塔克位移差，或$^3$ P $_2$ - $^3$ P $_0$拉曼耦合的强度，可以是$(2π)$ MHz的量级，而加热速率（光子散射速率）仅是Hz的量级。因此，Feshbach共振，其中一个可以有效地控制通过改变激光强度的SEI，可以诱导由激光束与足够低的加热速率，即使裸露的原子间相互作用的散射长度是如此之小，与范德华相互作用的长度尺度相媲美。
