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离子阱系统具有较长的相干时间和较强的离子间相互作用，可实现高保真度的双量子比特门，是一种很有前途的量子信息处理方式 [1]。目前，大多数实现都由复杂的自由空间光学系统组成，其较大的尺寸以及对振动和漂移的敏感性会限制离子阵列的保真度和可寻址性，从而阻碍向大量量子比特的扩展。最近，基于集成光子学的设备和系统已被证明是解决这些挑战的一种途径 [2,3]。到目前为止，这些先前的集成演示仅限于使用单一线性偏振光（特别是横向电场 (TE)）进行操作，该偏振光名义上与离子阱芯片表面平行。然而，不同的偏振对于实现先进的离子阱系统的许多操作至关重要 [4]，这引起了人们对开发偏振多样化发射器的兴趣 [5,6]。例如，基于集成光子学的架构涉及 TE 和横磁 (TM) 偏振光（如图 1a 中的配置），对于实现先进的离子冷却方案必不可少，这种方案可在几种非简并陷阱振动模式下提供亚多普勒温度，例如偏振梯度冷却和电磁诱导透明冷却 [4]。在本文中，我们设计并通过实验演示了一对集成的 TE 和 TM 发射光栅，工作波长为 422 nm，对应于 88 Sr + 离子的 5 2 S 1/2 到 5 2 P 1/2 跃迁，这是离子控制的关键跃迁。我们实施了一种自定义的优化设计算法，以实现发射单向聚焦光束的双层、切趾和曲面光栅，实验测量的光斑尺寸为 TE 光栅 7.6 μm × 4.3 μm，TM 光栅 5.0 μm × 3.6 μm，目标离子高度距芯片表面 50 μm。据我们所知，这项工作代表了用于捕获离子系统的集成 TM 发射光栅的首次开发，因此，它为基于集成光子学的捕获离子量子系统涉及多个极化的高级操作奠定了基础。
用于囚禁离子量子系统的集成偏振多样化光栅发射器
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