重いイオン種を用いた量子シミュレーションのためのモノリシック3D溶融シリカブレードトラップの開発

モノリシック3D溶融シリカイオントラップは、手作業で組み立てられたブレードトラップおよびマイクロファブリケーションされた2Dポールトラップの利点を享受できる、トラップイオン量子技術アプリケーションにとって有望なプラットフォームである。ライス大学、デューク大学およびTranslume Inc. の共同研究により、我々はモノリシック3D溶融シリカイオントラップの複数世代にわたる開発を報告する。これまでの世代を改良し、第3世代モノリシックトラップでは、高い動径閉じ込め（VRF > 450 Vpkで約3 MHz）、良好な軸方向均一性、多方向への高い光学アクセス性、低いイオン加熱レート（3 MHzで約1量子/s）、および長い運動コヒーレンス時間（約90 ms）を実証した。これにより、高質量トラップイオン（例：Yb+）に対する高忠実度の量子操作が可能となる。我々は、トラップの巨視的特性評価、トラップ設計・製造・熱管理の反復的なワークフローを経て、その後にトラップイオンを用いた量子操作による微視的特性評価に進むプロセスについて議論する。

​

熱関連アプリケーションにおける主なポイント：

• 真空下で動作するモノリシック溶融シリカイオントラップの十分な放熱を確保するため、我々は熱画像法を用いて熱分布を評価し、高電力RF負荷下でのトラップアセンブリ設計の妥当性を検証している。

• トラップアセンブリは通常、材料の放射率（金からセラミックスまで）に幅があるため、温度基準を用いた較正が不可欠だが、困難でもある。

• 熱画像装置の視野内にあり、かつ既知の高い放射率を持つ材料に対して真空内温度プローブを用いることで、対象領域（ROI）からの熱画像データを定期的かつより正確に較正できる。

• ROI内の特徴が熱画像装置の画素解像度と同程度のサイズの場合、温度推定の精度が低下する。​

​