Una plataforma integrada de chip de nanofotónica y arreglos de átomos con imágenes sin fondo

Resumen Los arreglos de átomos neutros atrapados en pinzas ópticas han emergido como una plataforma líder para el procesamiento de información cuántica y la simulación cuántica debido a su escalabilidad, conectividad reconfigurable y operaciones de alta fidelidad. Los átomos individuales son candidatos prometedores para redes cuánticas debido a su capacidad de emitir fotones indistinguibles que están entrelazados con sus estados atómicos internos. La integración de arreglos de átomos con interfaces fotónicas permitiría arquitecturas distribuidas en las que los nodos que albergan muchos qubits de procesamiento podrían ser conectados de manera eficiente a través de la distribución de entrelazamiento remoto. Sin embargo, muchas técnicas de arreglos de átomos dejan de funcionar en proximidad cercana a las interfaces fotónicas, y la detección de átomos a través de imágenes de fluorescencia estándar presenta un desafío importante debido a la dispersión de dispositivos fotónicos cercanos. Aquí, demostramos una arquitectura que combina arreglos de átomos con hasta 64 pinzas ópticas y un chip fotónico a escala de milímetro que alberga más de 100 cavidades nanofotónicas. Logramos imágenes de alta fidelidad (~ 99.2%), sin fondo, en proximidad cercana a cavidades nanofabricadas utilizando un esquema de excitación y detección multicolorado. Los átomos pueden ser imágenes mientras están atrapados a unos pocos cientos de nanómetros sobre la superficie dieléctrica, lo que verificamos utilizando mediciones de desplazamiento Stark del potencial de atrapamiento modificado. Finalmente, reorganizamos átomos en arreglos sin defectos y los cargamos simultáneamente en el mismo o múltiples dispositivos.