量子物理学：コヒーレントな3000キュービット系の連続動作

中性原子は、量子科学にとって有望なプラットフォームであり、量子シミュレーションや量子計算から、計測学、原子時計、量子ネットワーキングに至るさまざまな分野で進展を可能にする。こうした系は通常、原子の損失によってパルスモードに制限されるが、連続動作であれば、サイクル速度が大幅に向上し、計測学におけるボトルネックが解消され、量子誤り訂正による深層回路量子発展が可能になる。今回我々は、量子情報のコヒーレントな保存と操作を実現しつつ、大規模原子アレイ系の高速再充填と連続動作を可能にする、実験アーキテクチャーを実証する。今回の手法では、一連の2本の光ベルトコンベヤーを利用して原子リザーバーを操作領域に輸送しており、原子はそこで、近傍に保存されているキュービットのコヒーレンスに影響を与えずに光ピンセットに反復抽出される。我々は、ピンセット内に毎秒30万個の原子という速度で再充填を行い、毎秒3万個を上回る初期化されたキュービットを生成・活用し、3000個超の原子からなるアレイを2時間以上にわたって集合させ、維持した。さらに我々は、保存されたキュービットの量子状態を維持しつつ、スピン偏極した状態またはコヒーレントな重ね合わせ状態の原子キュービットをアレイに持続的に再充填することを実証した。今回の結果は、大規模な連続動作する原子時計、センサー、フォールトトレラントな量子コンピューターを実現する道を開く。

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