Efficient algorithms to solve atom reconfiguration problems. I. Redistribution-reconfiguration algorithm

控制重构 算法 计算机科学 再分配(选举) 嵌入式系统 政治学 政治 法学
作者
Barry Cimring,Remy El Sabeh,Marc Bacvanski,Stephanie Maaz,Izzat El Hajj,Naomi Nishimura,Amer E. Mouawad,A. R. COOPER
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (2) 被引量:7
标识
DOI:10.1103/physreva.108.023107
摘要

We propose the redistribution-reconfiguration~(red-rec) algorithm to efficiently compute control protocols to assemble compact-centered configurations of atoms in two-dimensional arrays of optical traps with lattice geometries. The red-rec algorithm redistributes atoms among pairs of donor-receiver columns and reconfigures each column using an exact displacement-minimizing algorithm, harnessing parallel control operations that simultaneously actuate multiple traps to reduce the execution time. We numerically quantify the performance of the red-rec algorithm, both in the absence and in the presence of loss, using realistic physical parameters and operational constraints. We show that the number of traps required to prepare a compact-centered configuration of atoms on a grid with a mean success probability of one half scales as the 3/2 power of the number of desired atoms, highlighting the challenges of assembling configurations of tens of thousands of atoms. We further demonstrate that faster preparation times can be achieved by rejecting configurations of atoms containing fewer atoms than a given threshold. The red-rec algorithm admits an efficient implementation that can readily be deployed on real-time control systems to assemble large configurations of atoms with high mean success probability and fast preparation times.

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