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ナノスケールデバイス：量子情報応用向けの3D印刷されたマイクロイオントラップ技術
Nature 645, 8080 doi: 10.1038/s41586-025-09474-1
量子情報処理、精密測定、光時計、質量分析法などの捕捉イオンの応用は、特化した高性能イオントラップに頼っている。これらの応用のうち精密測定、光時計、質量分析法では通常、従来の機械加工を用いて巨視的3Dポールトラップを目的ごとに最適化するのに対し、量子情報処理実験では一般に、フォトリソグラフィー技術を用いてトラップを小型化してスケーラビリティーの要求を満たす。しかし、フォトリソグラフィーを用いる方法では、最適な閉じ込めに必要な複雑な3D電極構造の作製は困難である。今回我々は、高性能小型3Dトラップの大規模アレイの作製が可能な二光子重合（2PP）に基づく、高解像度3D印刷技術を実証する。我々は、3D印刷されたイオントラップが、強い半径方向閉じ込めなどの従来の機械加工された3Dトラップの利点と、オンチップ小型化を兼ね備えることを示す。我々は、2〜24 MHzの半径方向トラップ周波数で、3D印刷されたイオントラップにカルシウムイオンを捕捉した。この強い閉じ込めによって、イオン冷却要件が軽減され、ドップラー冷却のみで質の高いラビ振動が可能になった。我々はまた、ベル状態の忠実度が0.978 ± 0.012の2キュービットゲートを実証する。3D印刷技術を用いると、スケーラビリティーと精度を犠牲にせずに設計の自由度を大幅に拡大できるため、イオントラップの形状をより高い性能とより良い機能性へと最適化できる。
