Abstract

Fast and efficient detection of the qubit state in trapped ion systems is critical for implementing quantum error correction and performing fundamental tests such as a loophole-free Bell test. In this work we present a simple qubit state detection protocol for a Yb171+ hyperfine atomic qubit trapped in a microfabricated surface trap, enabled by high collection efficiency of the scattered photons and low background photon count rate. We demonstrate average detection times of 10.5, 28.1, and 99.8 μs, corresponding to state detection fidelities of 99%, 99.856(8)%, and 99.915(7)%, respectively.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
    [CrossRef]
  2. R. Blatt and D. J. Wineland, Nature 453, 1008 (2008).
    [CrossRef]
  3. J. I. Cirac and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 74, 4091 (1995).
    [CrossRef]
  4. D. P. DiVincenzo and P. Aliferis, Phys. Rev. Lett. 98, 020501 (2007).
    [CrossRef]
  5. C. Simon and W. T. M. Irvine, Phys. Rev. Lett. 91, 110405 (2003).
    [CrossRef]
  6. D. J. Wineland, J. C. Bergquist, W. M. Itano, and R. E. Drullinger, Opt. Lett. 5, 245 (1980).
    [CrossRef]
  7. W. Nagourney, J. Sandberg, and H. Dehmelt, Phys. Rev. Lett. 56, 2797 (1986).
    [CrossRef]
  8. T. Sauter, W. Neuhauser, R. Blatt, and P. E. Toschek, Phys. Rev. Lett. 57, 1696 (1986).
    [CrossRef]
  9. J. C. Bergquist, R. G. Hulet, W. M. Itano, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 57, 1699 (1986).
    [CrossRef]
  10. C. E. Langer, “High fidelity quantum information processing with trapped ions,” Ph.D. thesis (University of Colorado at Boulder, 2006).
  11. A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
    [CrossRef]
  12. T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
    [CrossRef]
  13. D. B. Hume, T. Rosenband, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 99, 120502 (2007).
    [CrossRef]
  14. J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
    [CrossRef]
  15. R. Noek, C. Knoernschild, J. Migacz, T. Kim, P. Maunz, T. Merrill, H. Hayden, C. S. Pai, and J. Kim, Opt. Lett. 35, 2460 (2010).
    [CrossRef]
  16. G. Shu, N. Kurz, M. R. Dietrich, and B. B. Blinov, Phys. Rev. A 81, 042321 (2010).
    [CrossRef]
  17. E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
    [CrossRef]
  18. J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
    [CrossRef]
  19. R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
    [CrossRef]
  20. D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).
  21. C. Monroe and J. Kim, Science 339, 1164 (2013).
    [CrossRef]
  22. D. J. Berkeland and M. G. Boshier, Phys. Rev. A 65, 033413 (2002).
    [CrossRef]

2013 (1)

C. Monroe and J. Kim, Science 339, 1164 (2013).
[CrossRef]

2012 (1)

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

2011 (2)

E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
[CrossRef]

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

2010 (3)

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

R. Noek, C. Knoernschild, J. Migacz, T. Kim, P. Maunz, T. Merrill, H. Hayden, C. S. Pai, and J. Kim, Opt. Lett. 35, 2460 (2010).
[CrossRef]

G. Shu, N. Kurz, M. R. Dietrich, and B. B. Blinov, Phys. Rev. A 81, 042321 (2010).
[CrossRef]

2008 (2)

R. Blatt and D. J. Wineland, Nature 453, 1008 (2008).
[CrossRef]

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

2007 (2)

D. P. DiVincenzo and P. Aliferis, Phys. Rev. Lett. 98, 020501 (2007).
[CrossRef]

D. B. Hume, T. Rosenband, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 99, 120502 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

2003 (1)

C. Simon and W. T. M. Irvine, Phys. Rev. Lett. 91, 110405 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

D. J. Berkeland and M. G. Boshier, Phys. Rev. A 65, 033413 (2002).
[CrossRef]

1998 (1)

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

J. I. Cirac and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 74, 4091 (1995).
[CrossRef]

1986 (3)

W. Nagourney, J. Sandberg, and H. Dehmelt, Phys. Rev. Lett. 56, 2797 (1986).
[CrossRef]

T. Sauter, W. Neuhauser, R. Blatt, and P. E. Toschek, Phys. Rev. Lett. 57, 1696 (1986).
[CrossRef]

J. C. Bergquist, R. G. Hulet, W. M. Itano, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 57, 1699 (1986).
[CrossRef]

1980 (1)

Aliferis, P.

D. P. DiVincenzo and P. Aliferis, Phys. Rev. Lett. 98, 020501 (2007).
[CrossRef]

Allcock, D. T. C.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Amini, J. M.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Bader, M.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Barrett, M. D.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

Bergquist, J. C.

J. C. Bergquist, R. G. Hulet, W. M. Itano, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 57, 1699 (1986).
[CrossRef]

D. J. Wineland, J. C. Bergquist, W. M. Itano, and R. E. Drullinger, Opt. Lett. 5, 245 (1980).
[CrossRef]

Berkeland, D. J.

D. J. Berkeland and M. G. Boshier, Phys. Rev. A 65, 033413 (2002).
[CrossRef]

Blain, M. G.

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Blatt, R.

R. Blatt and D. J. Wineland, Nature 453, 1008 (2008).
[CrossRef]

T. Sauter, W. Neuhauser, R. Blatt, and P. E. Toschek, Phys. Rev. Lett. 57, 1696 (1986).
[CrossRef]

Blinov, B. B.

G. Shu, N. Kurz, M. R. Dietrich, and B. B. Blinov, Phys. Rev. A 81, 042321 (2010).
[CrossRef]

Bochmann, J.

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

Boshier, M. G.

D. J. Berkeland and M. G. Boshier, Phys. Rev. A 65, 033413 (2002).
[CrossRef]

Britton, J.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

Brown, K. R.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Chalopin, B.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Chiaverini, J.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

Cirac, J. I.

J. I. Cirac and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 74, 4091 (1995).
[CrossRef]

Curtis, M. J.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Dehmelt, H.

W. Nagourney, J. Sandberg, and H. Dehmelt, Phys. Rev. Lett. 56, 2797 (1986).
[CrossRef]

Dietrich, M. R.

G. Shu, N. Kurz, M. R. Dietrich, and B. B. Blinov, Phys. Rev. A 81, 042321 (2010).
[CrossRef]

DiVincenzo, D. P.

D. P. DiVincenzo and P. Aliferis, Phys. Rev. Lett. 98, 020501 (2007).
[CrossRef]

Doret, S. C.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Drullinger, R. E.

Faircloth, D.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Fischer, M.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Fortier, K. M.

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Golla, A.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Guhl, C.

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

Haltli, R.

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Harter, A. W.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Hayden, H.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

R. Noek, C. Knoernschild, J. Migacz, T. Kim, P. Maunz, T. Merrill, H. Hayden, C. S. Pai, and J. Kim, Opt. Lett. 35, 2460 (2010).
[CrossRef]

Heugel, S.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Highstrete, C.

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Hulet, R. G.

J. C. Bergquist, R. G. Hulet, W. M. Itano, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 57, 1699 (1986).
[CrossRef]

Hume, D. B.

D. B. Hume, T. Rosenband, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 99, 120502 (2007).
[CrossRef]

Imreh, G.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Irvine, W. T. M.

C. Simon and W. T. M. Irvine, Phys. Rev. Lett. 91, 110405 (2003).
[CrossRef]

Itano, W. M.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

J. C. Bergquist, R. G. Hulet, W. M. Itano, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 57, 1699 (1986).
[CrossRef]

D. J. Wineland, J. C. Bergquist, W. M. Itano, and R. E. Drullinger, Opt. Lett. 5, 245 (1980).
[CrossRef]

Jechow, A.

E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
[CrossRef]

Jost, J. D.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

Kielpinski, D.

E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
[CrossRef]

Killian, T.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Kim, J.

Kim, T.

King, B. E.

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

Knill, E.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

Knoernschild, C.

Kurz, N.

G. Shu, N. Kurz, M. R. Dietrich, and B. B. Blinov, Phys. Rev. A 81, 042321 (2010).
[CrossRef]

Landgren, D.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Langer, C.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

Langer, C. E.

C. E. Langer, “High fidelity quantum information processing with trapped ions,” Ph.D. thesis (University of Colorado at Boulder, 2006).

Leibfried, D.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

Leuchs, G.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Lucas, D. M.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Maiwald, R.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Maunz, P.

Meekhof, D. M.

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

Merrill, J. T.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Merrill, T.

Migacz, J.

Moehring, D. L.

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Monroe, C.

C. Monroe and J. Kim, Science 339, 1164 (2013).
[CrossRef]

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

Mucke, M.

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

Myerson, A. H.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Nagourney, W.

W. Nagourney, J. Sandberg, and H. Dehmelt, Phys. Rev. Lett. 56, 2797 (1986).
[CrossRef]

Neuhauser, W.

T. Sauter, W. Neuhauser, R. Blatt, and P. E. Toschek, Phys. Rev. Lett. 57, 1696 (1986).
[CrossRef]

Noek, R.

Norton, B. G.

E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
[CrossRef]

Pai, C. S.

Pai, C.-S.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Rempe, G.

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

Ritter, S.

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

Rosenband, T.

D. B. Hume, T. Rosenband, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 99, 120502 (2007).
[CrossRef]

Sandberg, J.

W. Nagourney, J. Sandberg, and H. Dehmelt, Phys. Rev. Lett. 56, 2797 (1986).
[CrossRef]

Sauter, T.

T. Sauter, W. Neuhauser, R. Blatt, and P. E. Toschek, Phys. Rev. Lett. 57, 1696 (1986).
[CrossRef]

Schaetz, T.

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

Sherman, J. A.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Shu, G.

G. Shu, N. Kurz, M. R. Dietrich, and B. B. Blinov, Phys. Rev. A 81, 042321 (2010).
[CrossRef]

Simon, C.

C. Simon and W. T. M. Irvine, Phys. Rev. Lett. 91, 110405 (2003).
[CrossRef]

Slusher, R. E.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Sondermann, M.

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

Stacey, D. N.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Steane, A. M.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Stick, D.

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Streed, E. W.

E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
[CrossRef]

Szwer, D. J.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Tigges, C.

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Toschek, P. E.

T. Sauter, W. Neuhauser, R. Blatt, and P. E. Toschek, Phys. Rev. Lett. 57, 1696 (1986).
[CrossRef]

Volin, C.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Webster, S. C.

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

Weinhold, T. J.

E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
[CrossRef]

Wineland, D. J.

R. Blatt and D. J. Wineland, Nature 453, 1008 (2008).
[CrossRef]

D. B. Hume, T. Rosenband, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 99, 120502 (2007).
[CrossRef]

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

J. C. Bergquist, R. G. Hulet, W. M. Itano, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 57, 1699 (1986).
[CrossRef]

D. J. Wineland, J. C. Bergquist, W. M. Itano, and R. E. Drullinger, Opt. Lett. 5, 245 (1980).
[CrossRef]

Wright, K.

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Zoller, P.

J. I. Cirac and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 74, 4091 (1995).
[CrossRef]

J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. (1)

D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfried, B. E. King, and D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103, 259 (1998).
[CrossRef]

Nature (1)

R. Blatt and D. J. Wineland, Nature 453, 1008 (2008).
[CrossRef]

New J. Phys. (1)

J. T. Merrill, C. Volin, D. Landgren, J. M. Amini, K. Wright, S. C. Doret, C.-S. Pai, H. Hayden, T. Killian, D. Faircloth, K. R. Brown, A. W. Harter, and R. E. Slusher, New J. Phys. 13, 103005, (2011).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (3)

G. Shu, N. Kurz, M. R. Dietrich, and B. B. Blinov, Phys. Rev. A 81, 042321 (2010).
[CrossRef]

R. Maiwald, A. Golla, M. Fischer, M. Bader, S. Heugel, B. Chalopin, M. Sondermann, and G. Leuchs, Phys. Rev. A 86, 043431 (2012).
[CrossRef]

D. J. Berkeland and M. G. Boshier, Phys. Rev. A 65, 033413 (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (11)

E. W. Streed, B. G. Norton, A. Jechow, T. J. Weinhold, and D. Kielpinski, Phys. Rev. Lett. 106, 010502 (2011).
[CrossRef]

A. H. Myerson, D. J. Szwer, S. C. Webster, D. T. C. Allcock, M. J. Curtis, G. Imreh, J. A. Sherman, D. N. Stacey, A. M. Steane, and D. M. Lucas, Phys. Rev. Lett. 100, 200502 (2008).
[CrossRef]

T. Schaetz, M. D. Barrett, D. Leibfried, J. Britton, J. Chiaverini, W. M. Itano, J. D. Jost, E. Knill, C. Langer, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 94, 010501 (2005).
[CrossRef]

D. B. Hume, T. Rosenband, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 99, 120502 (2007).
[CrossRef]

J. Bochmann, M. Mucke, C. Guhl, S. Ritter, G. Rempe, and D. L. Moehring, Phys. Rev. Lett. 104, 203601 (2010).
[CrossRef]

W. Nagourney, J. Sandberg, and H. Dehmelt, Phys. Rev. Lett. 56, 2797 (1986).
[CrossRef]

T. Sauter, W. Neuhauser, R. Blatt, and P. E. Toschek, Phys. Rev. Lett. 57, 1696 (1986).
[CrossRef]

J. C. Bergquist, R. G. Hulet, W. M. Itano, and D. J. Wineland, Phys. Rev. Lett. 57, 1699 (1986).
[CrossRef]

J. I. Cirac and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 74, 4091 (1995).
[CrossRef]

D. P. DiVincenzo and P. Aliferis, Phys. Rev. Lett. 98, 020501 (2007).
[CrossRef]

C. Simon and W. T. M. Irvine, Phys. Rev. Lett. 91, 110405 (2003).
[CrossRef]

Science (1)

C. Monroe and J. Kim, Science 339, 1164 (2013).
[CrossRef]

Other (2)

C. E. Langer, “High fidelity quantum information processing with trapped ions,” Ph.D. thesis (University of Colorado at Boulder, 2006).

D. Stick, K. M. Fortier, R. Haltli, C. Highstrete, D. L. Moehring, C. Tigges, and M. G. Blain, “Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap,” arXiv:1008.0990 (2010).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) A single ion is trapped using a microfabricated surface RF trap and imaged through the vacuum window by a large numerical aperture (NA=0.6) lens. BPF, bandpass filter; PMT, photomultiplier tube. The dashed-box region is magnified in (b) (not to scale). (c) Relevant energy levels of Yb+171. ΔHFS and ΔHFP are the hyperfine splitting of the S and P levels, respectively.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) A sample plot of the average number of detected photons (n¯) in a duration τ with a detection beam intensity of 29mW/cm2. (b) Dark pumping rate (Rd). (c) Bright pumping rate (Rb). (d) Photon detection rate in the absence of dark pumping (εRo). Rd and Rb are fitted to a line to obtain the proportionality constant between the detection beam power and the square of the Rabi frequency, which is used to obtain the theoretical curve for Ro. Circled points in (b) through (d) correspond to the data shown in (a).

Fig. 3.
Fig. 3.

State detection experimental results and simulations for different intensities of the detection beam. The wide trends are the experimental results where the width indicates the 1/e confidence interval, and the solid lines are simulation results. Inset: dark and bright state errors for a typical case (I=17mW/cm2) shown separately. After an optimal detection time τmax, the increase in the dark state error exceeds the reduction in the bright state error.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Average Measurement Time and Fidelity Comparison between the Threshold and the TED Methods

Equations (6)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Ro,opt=(Γ6)so1+23so+(2ΔΓ)2,
Rd(23)(13)(Γ2)(2Ω2Γ2)(Γ2ΔHFP)2,
Rb(23)(Γ2)(2Ω2Γ2)(Γ2(ΔHFP+ΔHFS))2,
n¯(τ)=0τεRop1(t)dt,
P1(t)Rd/(εRo)[1exp(εRot)],
τc=ln(Rd/Rdc)/εRo,

Metrics