量子光学：並列の単一原子インターフェース用の共振器アレイ顕微鏡
Nature 650, 8101 doi: 10.1038/s41586-025-10035-9
中性原子アレイと光共振器量子電気力学系は、現代の実験量子科学を支える中心的な柱として並行して開発されてきた。各プラットフォームは、例えば、原子アレイにおける高忠実度の量子論理や共振器中での強力な光–物質結合など、極めて優れた能力を示しているが、これらの組み合わせにより、高速の非破壊原子測定の実現、大規模量子ネットワークの構築、ハイブリッド原子–光子ハミルトニアンの操作が可能になると期待されている。しかし現状では、2つのプラットフォームを統合する実験は、原子アレイ全体を1つの大域的な共振器モードに空間的に結合させる構成に限定されており、この構成では、アドレス指定能力、並列性、スケーラビリティーに制約があった。今回我々は、40以上のモードの二次元アレイ上で、個々の原子をそれぞれ個々の共振器と強く結合させた実験プラットフォームである、共振器アレイ顕微鏡を提示する。我々の手法は、ナノフォトニック素子を必要とせず、代わりに、マイクロメートルスケールのモードウエストと間隔で1を超えるピーク協同性を実現するために自由空間共振器構造と共振器内レンズを使用しており、原子を誘電体表面から遠くに維持しつつ、典型的な原子アレイの長さスケールに適合する。我々は、均一な原子–共振器結合を実現し、ネットワーク応用の原理実証としてのファイバーアレイを介したものを含め、ミリ秒の時間スケールでの高速で非破壊の並列読み出しを示す。我々は、今後の展望を示すものとして、500以上の共振器を備え、フィネスを約10倍向上させた次世代版プラットフォームを実現した。今回の研究は、多共振器量子電気力学の領域の扉を開き、原子アレイを用いた大規模量子ネットワーキングの未開拓領域を切り開く。
