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Reprogrammable and high-precision holographic optical addressing of trapped ions for scalable quantum control

机译：可缩放的量子控制的被捕获的离子的可再编程和高精度全息光学寻址

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High-precision, individually programmable manipulation of quantum particles is crucial for scaling up quantum information processing (QIP) systems such as laser-cooled trapped-ions. However, restricting undesirable "crosstalk" in optical manipulation of ion qubits is fundamentally challenging due to micron-level inter-ion separation. Further, inhomogeneous ion spacing and high susceptibility to aberrations at UV wavelengths suitable for most ion-species pose severe challenges. Here, we demonstrate high-precision individual addressing ( = 369.5 nm) of Yb+ using a reprogrammable Fourier hologram. The precision is achieved through in-situ aberration characterization via the trapped ion, and compensating (to /20) with the hologram. Using an iterative Fourier transformation algorithm (IFTA), we demonstrate an ultra-low (<10 4) intensity crosstalk error in creating arbitrary pair-wise addressing profiles, suitable for over fifty ions. This scheme relies on standard commercial hardware, can be readily extended to over a hundred ions, and adapted to other ion-species and quantum platforms.
机译：高精度，单独编程的量子颗粒操作对于缩放量子信息处理（QIP）系统，例如激光冷却的捕获离子是至关重要的。然而，由于微米水平的间离子分离，限制离子夸张的光学操纵中的不希望的“串扰”是基本上挑战。此外，在适用于大多数离子物种的UV波长的紫外线波长的畸变的不均匀离子间距和高敏感性造成严重挑战。在这里，我们使用可重编程的傅里叶全息图展示了YB +的高精度个体寻址（= 369.5nm）。通过捕获的离子的原位像差表征实现精度，并通过全息图来补偿（至/ 20）。使用迭代傅里叶变换算法（IFTA），我们演示了创建任意对寻址配置文件的超低（<10 4）强度串扰误差，适用于超过五十离子。该方案依赖于标准商业硬件，可以容易地扩展到超过一百个离子，并适应其他离子物种和量子平台。

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