Rydberg excitation of trapped cold ions: A detailed case study
我们提供了一个详细的理论和概念研究计划的实验，激发里德堡态的离子被困在一个保罗陷阱。最终目标是利用里德伯离子之间的强态依赖相互作用来实现量子信息处理协议和模拟强相互作用自旋系统的动力学。我们强调这种方法的承诺时，结合高度的控制和读出的量子态在被困离子晶体与新颖的和快速的门计划的基础上相互作用的巨大里德伯原子的偶极矩。我们讨论了预期的理论和实验挑战的方式实现。
2011-04-15 physics.atom-ph quant-ph
Shuttling of Rydberg ions for fast entangling operations
我们介绍了一种方案，纠缠里德伯离子在线性离子晶体中，使用高的里德伯电子态的电极化率与相互库仑耦合的离子，建立共同的运动模式相结合。在激光初始化离子到基态和里德堡态的叠加之后，纠缠操作纯粹通过施加来回穿梭离子晶体的电压脉冲来驱动。这种操作可以在亚$μ$ s时间尺度上实现纠缠，比由连续波激光器驱动的典型门操作快两个数量级以上。我们的分析表明，该协议实现的保真度可以超过$99.9\%$与实验可实现的参数。
2019-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg excitation of a single trapped ion
我们证明了一个单一的捕获冷$^{40}$钙$^+$离子的激发里德堡能级的激光辐射在真空紫外波长为122 nm。观察到的共振被识别为3d $^2$ D $_{3/2}$至51 F、52 F和3d $^2$ D $_{5/2}$至64 F。我们的线型模型和我们的结果意味着一个大的状态依赖耦合的捕获潜力。里德伯离子在未来的量子计算和模拟应用中具有很大的兴趣，其中大的偶极相互作用与保罗陷阱提供的极好的实验控制相结合。
2015-06-19 physics.atom-ph quant-ph
Precision measurement of the ionization energy of a single trapped $^{40}$Ca$^+$ ion by Rydberg series excitation
利用囚禁离子的里德伯态进行量子信息处理时，一套完整的光谱数据是必不可少的。我们对单囚禁$^{40}$ Ca $^+$离子的$nS_{1/2}$态和$38 \leq n \leq 65$态以及$nD_{5/2}$态和$37\leq n \leq 50$态进行了里德堡系列光谱研究。通过对共振频率的非线性回归，我们确定了电离能为2 870 575.582（15）GHz，与可接受的值相比，测量精度高出60倍，与之矛盾的是7.5个标准偏差。我们确认$δ_{S_{1/2}}=1.802995(5)$和$δ_{D_{5/2}}=0.626888(9)$的量子亏损值分别为$nS_{1/2}$和$nD_{5/2}$状态，这使得明确的解决里德堡能级的钙$^+$离子。
2020-09-02 physics.atom-ph quant-ph
Phonon-mediated spin-spin interactions between trapped Rydberg atoms
我们从理论上研究了在光镊中捕获的中性原子之间产生声子介导的自旋-自旋相互作用的可能性。通过激光将原子耦合到里德伯态，出现了集体运动模式。我们表明，这些可以用来调解有效的自旋-自旋相互作用或量子逻辑门的原子之间的类似方案中所采用的被困离子。特别是，我们采用里德伯敷料在一个新的计划，以诱导所需的相互作用，我们表明，它是可以复制的Mølmer-Sørensen纠缠方案的工作。莫默-索伦森门广泛用于使用捕获离子量子比特的新兴量子计算机中，目前具有任何正在考虑的量子门中最高的量子数。我们发现，即使在非零温度下，两原子态的相干时间演化的任意高保真度。
2020-08-31 physics.atom-ph quant-ph
Trapped ions in Rydberg-dressed atomic gases
我们从理论上研究了浸没在超冷气体里德伯装扮的原子中的囚禁离子。通过偶极禁戒跃迁的非共振耦合，绝热原子-离子势可以变为排斥势。我们研究了原子和单个囚禁离子之间的能量交换，发现这些排斥作用在超冷区会抑制朗之万碰撞。因此，所提出的系统避免了最近观察到的混合原子-离子系统中的离子加热所造成的耦合到离子的射频捕获场，并保持超冷温度，即使在存在过量的微动。
2017-06-29 physics.atom-ph quant-ph
Compensation of the trap-induced quadrupole interaction in trapped Rydberg ions
分析了里德伯离子的里德伯电子态与离子阱的射频电场之间的四极相互作用。这种耦合对于被俘获离子的最低能级是可以忽略的，但是对于被俘获的里德伯离子由于其大的电偶极矩而是重要的。这种耦合不能被标准驻波近似忽略，因为它与俘获电场的频率相当。我们调查的四极耦合的效果进行适当的有效表示的哈密顿量。对于一个单一的离子，我们表明，在这个有效的图片的四极相互作用被取代的重新缩放的激光强度和额外的斯塔克移动的里德伯能级。因此，这种有害的四极耦合可以通过适当增加拉比频率来有效地补偿。此外，我们考虑了在四极耦合存在下里德伯离子对之间的强偶极-偶极相互作用。在有效表象中，我们观察到偶极-偶极耦合的减少以及额外的自旋-自旋相互作用。
2019-02-04 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg state engineering of trapped ions
Department of Physics, Stockholm University（斯德哥尔摩大学物理系）
本文首次演示了囚禁离子不同里德伯态之间的相干布居转移，通过微波缀饰实现可调极化率和相互作用强度的本征态，并展示了零极化态与最大缀饰态之间的绝热转移。
2026-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg spectrum of a single trapped Ca$^+$ ion: A Floquet analysis
我们计算了单个Ca $^+$离子在Paul阱中的Rydberg谱，通过将离子与阱的各种内部和外部耦合项加入到哈密顿量中。耦合项包括Ca $^+$中的自旋-轨道耦合、与射频和静电场的电荷（电子和离子核）耦合、Paul阱中的离子-电子耦合以及离子质心耦合。电子里德伯态精确地描述了一个电子模型的潜在的$^-$ +钙$^{2+}$，和准确的本征能量，量子亏损参数，静态和张量极化率的激发里德伯态的数量得到。在Floquet基上展开了时间周期rf哈密顿量，并将捕获场加宽的里德堡线与最近观测到的Ca $^+(23P)$和Ca $^+(52F)$里德堡线进行了比较.
2020-05-27 physics.atom-ph quant-ph
Towards Rydberg quantum logic with trapped ions
我们证明了离子的激发里德堡态$22F$的真空紫外辐射在$123\,\text{nm}$的波长结合的相干操纵的光学量子位跃迁在$^{40}\text{Ca}^+$。利用$729\,\text{nm}$波长的聚焦光束，我们在真空紫外脉冲将单个离子激发到里德堡态之前，将其从线性弦相干激发到亚稳态$3D_{5/2}$。结合离子穿梭在陷阱中，我们将这种方法扩展到解决多个离子的激发。相干初始化以及寻址的里德堡激发是里德堡离子在量子模拟或量子信息处理中更复杂应用的关键先决条件。
2016-02-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Any-to-any connected cavity-mediated architecture for quantum computing with trapped ions or Rydberg arrays
我们提出了一个硬件架构和协议，用于连接包含在一个光腔中的许多本地量子处理器。该方案与囚禁离子或里德伯阵列兼容，并通过单光子传输通过腔分配纠缠来实现任意两个量子比特之间的隐形传态门。即使对于中等质量的腔，预示也能实现高保真纠缠。对于由线性链中的捕获离子组成的处理器，具有现实参数的单个腔每隔几$μ$ s就成功地传输光子，使得在200 $μ$ s中包含总共500个量子比特的20个离子链的任意对任意纠缠成为可能，其中，分辨率和速率仅受本地操作和离子读出的限制。对于由里德伯原子组成的处理器，我们的方法完全连接了数千个中性原子的大阵列。我们的架构所提供的连接性可以使用多个重叠腔扩展到数万个量子位，扩展了NISQ时代算法和哈密顿模拟的能力，并实现了更强大的高维纠错方案。
2021-09-23 physics.atom-ph quant-ph
Anomalously enhanced lifetimes of low angular momentum Rydberg states in singly charged alkaline-earth metal ions
Institut für Theoretische Physik and Center for Integrated Quantum Science and Technology, Universität Tübingen（蒂宾根大学理论物理研究所与集成量子科学与技术中心）；School of Physics and Astronomy and Centre for the Mathematics and Theoretical Physics of Quantum Non-Equilibrium Systems, The University of Nottingham（诺丁汉大学物理与天文学学院及量子非平衡系统数学与理论物理中心）
本文发现单电荷碱土金属离子中某些低角动量里德伯态寿命异常增强（因子>8），零温源于偶极矩阵元相消，室温源于能级间距增大，对量子模拟与计算有重要意义。
2026-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Sub-microsecond entangling gate between trapped ions via Rydberg interaction
在比相干时间短得多的时间尺度上产生大系统中的量子纠缠是强大的量子模拟和计算的关键。被囚禁的离子是最精确控制和最好隔离的量子系统之一，具有通过几十微秒内的少离子晶体的振动运动操作的低误差纠缠门。为了超越经典计算机所能处理的复杂性水平，主要的挑战是在大离子晶体中实现快速纠缠操作。极性分子和里德伯原子系统中强的偶极-偶极相互作用允许更快的纠缠门，但与捕获离子相比的稳定的状态无关的限制需要在这些系统中得到证明。在这里，我们结合了这些方法的好处：我们报告了一个$700\,\mathrm{ns}$两离子纠缠门，利用被困里德伯离子之间的强偶极相互作用，并产生一个贝尔态与$78\%$保真度。门误差的来源被识别，并预测低于$0.2\%$的总误差的实验可实现的参数。此外，我们预测，剩余耦合到运动模式贡献$\sim 10^{-4}$门误差在一个大的离子晶体的100个离子。这为显着加速和扩大捕获离子量子计算机和模拟器提供了新的途径。
2019-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Two-qubit gate protocols with microwave-dressed Rydberg ions in a linear Paul trap
本文研究了线性保罗阱中微波缀饰里德堡离子的三种受控相位门协议，通过优化激光参数抑制非绝热跃迁，在0.2μs门时间下实现99.25%保真度，超越基态离子门速度，推动快速量子计算与纠错。
2024-12-18 physics.atom-ph quant-ph
Interacting Circular Rydberg Atoms Trapped in Optical Tweezers
本研究测量并表征了光镊中两个圆形里德伯原子间的共振偶极-偶极相互作用，实现电场方向调控，并利用该作用观测原子相对运动及自旋-运动耦合。
2024-07-04 physics.atom-ph quant-ph
Exploring the many-body dynamics near a conical intersection with trapped Rydberg ions
电子势能面之间的圆锥交叉点是研究大分子激发态非绝热过程的典范。然而，由于相应的动力学发生在飞秒的时间尺度上，它们的研究仍然具有挑战性，需要超快光谱技术。我们证明，被困的里德伯离子是一个平台，工程师锥形交叉点，并模拟其随后的动态更大的长度和时间尺度的纳米和微秒的顺序，分别在一个高度可控的系统。在这里，势能面的形状和圆锥形交叉点的位置可以调谐由于里德伯离子的高极化率和强偶极交换相互作用之间的相互作用。我们研究了如何存在的一个圆锥形的交叉点影响的核和电子动力学演示，特别是，它是如何导致抑制的核运动。这些效应可以通过在最先进的实验装置中对电子布居进行直接光谱测量来实时监测。
2021-06-11 physics.atom-ph quant-ph
Controlled long-range interactions between Rydberg atoms and ions
我们从理论上研究了囚禁离子与耦合到里德伯态的原子的相互作用。与基态原子的情况相比，里德伯能级的强极化率使原子和离子之间的相互作用强度增加了许多数量级，并且可以介导超过微米。我们计算出，这种相互作用可以用来产生原子和离子的运动或内部状态之间的纠缠。此外，离子可以用作总线，用于调解原子自旋之间的自旋-自旋相互作用，类似于离子阱量子模拟中大量采用的技术。所提出的方案具有吸引人的功能，因为它映射到原子上的捕获离子量子系统的好处，而不会明显阻碍其内在的可扩展性。不需要离子或原子的基态冷却，并且该设置允许完全动态控制。此外，该方案在很大程度上不受离子微动的影响。我们的研究结果是感兴趣的混合量子信息平台的开发和实施量子模拟的固态物理。
2016-02-15 physics.atom-ph quant-ph
Impact of micromotion and field-axis misalignment on the excitation of Rydberg states of ions in a Paul trap
本文研究Paul阱中微运动与场轴失准对离子里德伯态激发谱的影响，通过Floquet理论和微扰方法建立最小模型，分析可寻址且能量隔离的里德伯线存在的参数区域，为相干操控提供指导。
2025-05-23 physics.atom-ph quant-ph
Cavity driven Rabi oscillations between Rydberg states of atoms trapped on a superconducting atom chip
由冷原子和微波谐振器组成的混合量子系统可以实现原子自旋系统之间的腔介导的无限程相互作用，并实现用于微波到光学转换的原子量子存储器和换能器。为了实现原子与片上微波谐振器的强耦合，建议使用具有强电偶极跃迁的原子里德伯态。本文报道了在集成超导原子芯片上实现超冷原子里德堡跃迁与共面波导谐振腔微波场的相干耦合。我们观察并描述了腔驱动的原子里德堡态在非均匀电场中的拉比振荡。我们的研究证明了里德伯原子与超导电路相互作用的相干态操纵的可行性，但也揭示了挑战。
2021-05-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Exploring vibronic dynamics near a sloped conical intersection with trapped Rydberg ions
Mohammed VI Polytechnic University（穆罕默德六世理工大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
利用受困里德堡离子的边带跃迁和偶极-偶极相互作用，研究斜锥交点附近自旋-声子耦合动力学，发现声子波包在势能最小值时冻结，而隧穿导致初始态部分复兴，且在微秒和纳米尺度上实现拉比振荡。
2025-12-04 physics.atom-ph quant-ph
A single strontium Rydberg ion confined in a Paul trap
囚禁里德堡离子是一种很有前途的量子信息处理新体系。它们有潜力加入被囚禁离子的精确量子操作和里德伯原子之间的强长程相互作用。从技术上讲，离子阱需要在激发离子进入里德伯态时保持活跃，否则强烈的库仑排斥会迅速将离子推开。因此，深入了解里德堡离子的陷阱效应对未来的应用是必不可少的。在这里，我们报告两个基本的陷阱效应的观察。首先，我们研究了里德伯电子与四极俘获场的相互作用。这种效应导致了里德伯D态光谱中的Floquet边带，而里德伯S态由于其对称性而不受影响。第二，我们报告的修改后的捕获势在里德伯态相比，基态，这是由于里德伯离子的强极化率。我们观察到所产生的能量转移作为线加宽，这可以通过在与激发激光正交的方向上将离子冷却到运动基态来抑制。
2016-11-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Transferring vibrational states of trapped atoms via a Rydberg electron
该研究提出利用里德堡电子与基态原子的散射，实现微米级距离陷俘中性原子间的振动态相干转移，并发现存在近乎完美且快速的“最佳点”。
2024-12-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Spin Phonon Relaxation Dynamics from a Conical Intersection of Trapped Rydberg Ions
本文利用两个囚禁里德伯离子构建锥形交叉，通过主方程、平均场和数值计算研究有限里德伯寿命对振电动力学的阻尼影响，并证明微秒尺度内可观测振荡锥形效应。
2024-11-28 quant-ph
Probing electronic state-dependent conformational changes in a trapped Rydberg ion Wigner crystal
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；Universität Tübingen（蒂宾根大学）
本研究利用冷囚禁三离子晶体，将中心离子激光耦合至里德伯态，首次实验观测到依赖电子态的维格纳晶体构象变化（线性转锯齿形）及振电杂化光谱特征，为人工分子系统研究奠定实验基础。
2025-07-31 physics.atom-ph quant-ph
Long-range multi-body interactions and three-body anti-blockade in a trapped Rydberg ion chain
被俘获的里德伯离子代表了用于量子模拟和信息处理的灵活平台，其结合了对电子自由度和振动自由度的高度控制。将离子单独激发到高里德堡能级的可能性提供了一种系统，其中激发离子对之间的强且长距离的相互作用可以通过外部激光场进行设计和调谐。我们发现，里德伯对相互作用和集体运动模式之间的耦合产生有效的远程多体相互作用，包括两个，三个，和四体条款。它们的形状、强度和范围可以通过离子阱参数来控制，并且强烈依赖于离子晶体的平衡构型和振动模式。通过聚焦于实验上可行的准一维$ {}^{88}\mathrm{Sr}^+ $里德堡离子的设置，我们证明了多体相互作用通过出现软模式而增强，例如，具有结构相变。这对多体电子状态有着显著的影响，例如，在三体反封锁效应中。我们的研究表明，捕获的里德伯离子提供了新的机会，研究异国情调的多体量子动力学驱动的增强多体相互作用。
2020-09-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Rydberg-induced optical nonlinearities from a cold atomic ensemble trapped inside a cavity
实验研究了置于光腔中的冷原子介质在激发到里德伯态时的非线性光学响应。S和D里德堡能级的激发是通过EIT（电磁感应透明）配置中的双光子跃迁进行的，下跃迁上有弱（红色）探测光束，上跃迁上有强（蓝色）耦合光束。观察到的探测光束的S态诱导的光学非线性可以解释使用半经典模型与范德华相互作用。对于D态，似乎有必要考虑里德伯激发到长寿命的暗态的动力学衰减。我们表明，测量的非线性可以解释用里德伯气泡模型与动态衰减。
2016-02-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Array of Individual Circular Rydberg Atoms Trapped in Optical Tweezers
本文首次在可编程光学瓶形光束阵列中实现单个圆形里德堡原子的激光囚禁，并通过空间与能级选择性光学探测观测其寿命及阱内振荡。
2023-04-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A Quantum Interface Between Neutral-Atoms and Trapped-Ions Quantum Registers
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究中性原子与囚禁离子量子寄存器间的量子接口，提出并分析方案，通过光镊与保罗阱势实现里德堡囚禁，增强原子 - 离子极化相互作用，实现对MS门的条件控制，为确定性原子 - 离子混合量子门和量子接口建立实用途径。
2026-07-24 physics.atom-ph quant-ph
Detecting dark matter using optically trapped Rydberg atom tweezer arrays
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The University of Tokyo（东京大学）；Kyoto University（京都大学）；KEK（高能加速器研究机构）；Tohoku University（东北大学）；University of Toronto（多伦多大学）
本文提出利用瑞利德堡原子陷阱阵列探测波状暗物质的新方案，通过观察暗物质诱导的电场引起的激发来探测暗物质，利用磁场的塞曼和磁化率移位扫描暗物质质量，以暗光子暗物质为例展示其高灵敏度探测暗光子耦合强度和质量参数空间的能力。
2026-05-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Fast Native Three-Qubit Gates and Fault-Tolerant Quantum Error Correction with Trapped Rydberg Ions
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；The University of Nottingham（诺丁汉大学）；Universität Tübingen（蒂宾根大学）
利用微波调制的瑞利德堡离子实现快速高保真三量子比特门，并展示其在容错量子纠错中的应用。
2025-12-18 quant-ph
Analysis of a quantum logic device based on dipole-dipole interactions of optically trapped Rydberg atoms
本文详细分析和设计了一种基于光阱中原子间里德伯态偶极-偶极耦合相互作用的中性原子量子逻辑器件。列举了导致退相干和保真度损失的主要物理机制。我们的研究结果支持在MHz速率下执行单和双量子比特门的可行性，对于每个操作，退相干概率和保真度误差在$10^{-3}$的水平。目前的局限性和可能的方法，以进一步改善设备进行了讨论。
2005-02-13 quant-ph
Sympathetic and swap cooling of trapped ions by cold atoms in a MOT
一个冷却和捕获的离子和原子的混合系统，为离子辅助冷化学和新颖的多体研究铺平了道路。由于单个俘获机制的不同，被俘获的原子明显比被俘获的离子冷，因此在组合系统中，强的二元离子$-$原子相互作用导致从离子到原子的热流。相反，被捕获的离子也可以被冷原子碰撞加热，使离子和原子之间的平衡变得有趣。在这里，我们的实验表明，铷离子（Rb $^+$）冷却接触磁光捕获（MOT）Rb原子，相反的一般预期的离子加热等离子和原子质量。从理论上解释了冷却机理，并用数值模拟加以验证。共振电荷交换（RCx）碰撞，它允许交换冷却的离子与原子，其中一个单一的掠射碰撞事件带来的快速离子休息的重要性进行了讨论。
2011-12-26 physics.atom-ph quant-ph
Interaction of a Laguerre-Gaussian beam with Rydberg atoms
在傍轴近似下，光的轨道角动量（OAM）向囚禁基态原子的转移机制是众所周知的。在这里，我们展示了如何光学OAM的拉盖尔-高斯（LG）光束的傍轴近似下可以转移到捕获的里德伯原子。光学OAM被证明是可转移到里德堡电子态的偶极跃迁。LG光束的高斯分布对OAM向里德伯原子的转移有重要影响，而高斯分布通常被忽略。利用该理论对囚禁在简谐势中的铷原子里德伯原子进行了数值计算。我们的结果显示了不同宇称的末态的混合。
2017-04-12 quant-ph
Parallel execution of quantum gates in a long linear ion chain via Rydberg mode shaping
我们提出了一种机制，允许并行执行多个量子门操作在一个单一的长线性离子链。我们的方法是基于大的相干力，当离子被电子激发到长寿命的里德伯态时发生。里德伯离子的存在极大地影响了离子晶体的振动模式结构，从而产生在空间上定位在隔离的子晶体上的模式，所述子晶体可以被单独地和独立地操纵。我们从理论上讨论了这里德伯模式整形在实验上现实的设置，并说明其电源通过分析并行执行的两个条件相位翻转门的保真度。我们的计划突出了一个可能的路线，通过振动模式成形控制在单离子水平上的大规模量子计算。
2012-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Exploring non-equilibrium phases of the generalized Dicke model with a trapped Rydberg ion quantum simulator
囚禁离子是研究量子多体现象的通用平台，特别是对于研究由声子介导的长程相互作用的情况。最近的实验表明，被困的离子平台可以通过激发高位里德堡态来增强。这引入了独立于声子结构的可控的依赖于状态的相互作用。然而，在这个新的可访问的制度中的多体物理学在很大程度上是未探索的。我们表明，这个系统授予访问广义迪克模型物理，在里德伯态离子之间的偶极相互作用大大改变集体非平衡行为。我们分析和分类新兴的动力学阶段，并确定了主机的非平衡签名，如多相共存区域和声子激光制度。此外，我们还展示了如何通过散射光子的荧光信号来检测和表征它们。因此，我们的研究突出了被困里德伯离子系统的新功能，用于创建和检测量子非平衡相。
2019-02-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Non-equilibrium exciton dynamics in tailored molecular potentials of Rydberg ion crystals
Universität Tübingen（蒂宾根大学）；The University of Nottingham（诺丁汉大学）
利用里德伯离子晶体中电子态依赖的分子势能面，研究非微扰参数区域内的激子动力学，并通过三离子系统展示其量子模拟能力。
2026-05-26 physics.atom-ph quant-ph
Implementation of Chiral Quantum Optics with Rydberg and Trapped-ion Setups
我们提出了两种实现手征量子网络的方案，其中代表节点的两能级系统通过定向发射到离散波导中相互作用，如T。Ramos等人[Phys. Rev. A 93，062104（2016）]。第一种实现方式通过原子链中的里德伯态实现自旋波导，而第二种实现方式通过一串被困离子的局部振动实现声子波导。对于这两种结构，我们表明，强手征可以通过适当的设计合成规范场的节点耦合到波导。在里德伯的情况下，这是通过偶极-偶极相互作用中的固有自旋轨道耦合实现的，而对于被捕获的离子，它是通过工程边带跃迁获得的。我们考虑到长程耦合，自然出现在这些实现，讨论有用的实验参数，并分析潜在的误差源。最后，我们描述了在最先进技术的这些实现中可以观察到的效应，例如纠缠二聚体态的驱动耗散形成。
2016-06-23 cond-mat.other physics.atom-ph physics.optics
Spectral Signatures of Vibronic Coupling in Trapped Cold Ionic Rydberg Systems
研究受限冷离子Rydberg系统中振电耦合的光谱特征，揭示长程偶极相互作用导致的内外自由度杂化可通过量子Rabi模型描述，并证明射频光谱学能有效探测该现象。
2025-03-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Resonator-assisted quantum transduction between superconducting qubits and trapped atomic systems via Rydberg levels
提出利用共享微波谐振器和Rydberg能级实现超导量子比特与囚禁原子量子比特间的量子转换方案，探究共振与色散两种耦合协议，并在多种耗散和退相干源下评估了转移保真度。
2025-09-16 quant-ph
Recapture Probability for anti-trapped Rydberg states in optical tweezers
本文研究了中性原子量子计算机中光镊反陷俘里德堡原子的丢失问题，通过量子力学描述计算了激光陷阱开关状态下的重俘获概率，发现在执行纠缠操作的时间内可实现约100%重俘获。
2023-03-15 quant-ph
Quantum computing architecture with Rydberg gates in trapped ions
提出利用Rydberg态高电极化率实现线性晶体中任意离子对的全连接纠缠门方案，通过态相关频移和电波形实现微秒级操作，并可与可扩展处理器架构结合重新配置量子比特寄存器。
2024-11-29 quant-ph
Deterministic generation of hybrid high-N00N states with Rydberg ions trapped in microwave cavities
囚禁离子是量子技术最有前途的平台之一。它们是迄今为止开发的最精确的时钟和传感器的核心，这些时钟和传感器利用离子的单个电子或运动自由度的量子相干性。然而，未来的高精度量子精密测量将需要使用几个自由度的纠缠态。在这里，我们提出了一个协议，能够产生高N00N态之间的纠缠被困离子的运动和电磁腔模式，一个所谓的混合配置共享。我们证明了该建议的可行性，在一个平台组成的被困离子激发到其圆形里德伯态流形，耦合到一个高Q微波腔的模式。这种紧凑的混合架构的优点是，它可以耦合到非常不同的性质的信号，修改离子运动或腔模式。此外，可以在状态准备阶段之后立即使用完全相同的设置来实现量子精密测量所需的干涉仪。
2018-09-26 quant-ph
Formation of molecular ions by radiative association of cold trapped atoms and ions
本文采用基于有效实势的量子化学方法，对激光冷却Rb原子与碱土金属离子（Ca $^+$，Sr $^+$，Ba $^+$）和Yb $^+$，以及Li与Yb $^+$冷碰撞过程中的辐射发射进行了理论研究.辐射缔合的分子离子的预测发生的所有系统的截面大于辐射电荷转移一个两到十倍。部分和总的速率常数也计算和可用的实验进行比较。窄形状的共振是预期的，这可以在低温下检测到的实验分辨率在目前的标准的限制。振动分布也进行了计算，表明最终的分子离子没有创建在其基态水平。
2015-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Distributing entangled state using quantum repeater protocol: Trapped atomic ions in optomechanical cavities
研究了利用量子中继协议实现囚禁原子离子纠缠态的远距离分布。实际上，长距离被分成短的部分，然后在光机械腔中使用纠缠产生和纠缠交换技术，纠缠被分发。为了完成这项任务，我们在光机械腔中执行捕获的原子离子之间的相互作用，对捕获的离子进行适当的测量，并将Bell态测量作为一种众所周知的交换纠缠的方法。相应地，纠缠分布在目标离子之间，具有令人满意的成功概率和纠缠度值。计算了泵浦光的失谐量和振幅对纠缠度和成功几率的影响。随着失谐量的增加，纠缠度和成功概率的起伏减小。通过增加泵浦光的振幅，纠缠的极大值会重复出现更多次，成功几率会经历一个反转-恢复现象。
2021-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Entangled states of trapped ions allow measuring the magnetic field gradient of a single atomic spin
利用纠缠态中的囚禁离子，我们提出了在几个$μ$ m的距离检测单个原子的磁偶极子。这需要在约10 $^{-13}$特斯拉/ $μ$ m的水平下测量磁场梯度。我们讨论的应用，例如，在确定离子磁矩的变化范围很广，调查的磁性子结构的离子与水平结构不可访问的光学冷却和检测，并为研究外来或稀有离子，和分子离子。该方案也可用于测量被光学偶极力俘获的中性原子或原子系综的自旋不平衡。由于所提出的方法依赖于离子阱量子信息处理中良好建立的技术，因此其在当前技术的范围内。
2012-07-03 physics.atom-ph quant-ph
Tripartite quantum Rabi model with trapped Rydberg ions
本文提出三方量子 Rabi 模型（TQRM），研究玻色子与双自旋的耦合机制，解析推导本征谱，并指出可在囚禁里德堡离子量子模拟器中实现，为探索自旋与运动自由度的新关联和纠缠提供新机遇。
2024-06-01 physics.atom-ph quant-ph
Topological spin phases of trapped Rydberg excitons in Cu$_2$O
本文从理论上研究了Cu $_2$ O中通过范德华相互作用耦合的一维陷阱链中的里德伯激子。光学活性$p$ -壳层态的三重态作为有效的自旋- $1$，激子之间的相互作用是强自旋依赖的。我们预测该系统{具有}具有稀释反铁磁序、长程弦关联和有限激发能隙的拓扑Haldron相。我们还分析了陷阱的几何形状和相互作用的各向异性对里德伯激子自旋态的影响，并证明了丰富的自旋相图可以实现显示高的里德伯激子平台的可调谐性。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Magic trapping of a Rydberg ion with a diminished static polarizability
高度激发的里德伯态通常是极端可极化的，并且对电场极端敏感。因此，限制在电场中的里德伯离子具有依赖于状态的俘获电势。我们通过耦合两个静态极化率相反的里德堡态，设计了一个对电场不敏感的里德堡态，实现了与态无关的魔阱。我们表明，魔法捕获的离子可以相干激发到里德堡态，而不需要控制离子的运动。
2020-05-25 physics.atom-ph quant-ph
Rotation sensing with trapped ions
我们提出了一个协议，通过物质波Sagnac干涉术使用捕获的离子来测量旋转。该陷阱允许干涉仪通过Sagnac几何形状中的重复往返在紧凑的装置中封闭大面积。我们展示了如何使用均匀的磁场在大的动态范围内关闭干涉仪的旋转速度和测量带宽，而不会失去对比度。由于这种技术不需要将离子限制在Lamb-Dicke区域，因此具有许多声子的热态应该足以用于操作。
2016-09-02 physics.atom-ph quant-ph
Decoupling of the STIRAP and Microwave-Dressing paths in Trapped Rydberg Ion Gates
Center for Quantum Technologies, Department of Physics, Sofia University（索非亚大学量子技术中心物理系）；Georgi Nadjakov Institute of Solid State Physics, Bulgarian Academy of Sciences（保加利亚科学院格奥尔基·纳德贾科夫固体物理研究所）；Department of Physics, Stockholm University（斯德哥尔摩大学物理系）
本文提出一种解耦STIRAP与微波修饰路径的方法，提升Rydberg离子门的保真度，实验参数下达到99.93%，并实现非绝热加速至400ns。
2026-04-15 quant-ph
Adiabatic Mach-Zehnder interferometer via an array of trapped ions
我们探讨了在横向场中通过一系列服从量子伊辛模型的囚禁离子实现海森堡限制马赫-曾德尔干涉的可能性。基于增加Ising相互作用，然后减小横场的绝热过程，我们证明了从顺磁性到铁磁性的完美转变，它可以用作多离子Mach-Zehnder干涉术的分束器。实现的NOON状态的离子，使海森堡限制干涉。使用目前可用的技术，超冷离子，我们讨论了我们的计划与全球业务的实验可行性。
2012-03-22 physics.atom-ph quant-ph
RF-induced heating dynamics of non-crystallized trapped ions
我们调查的非结晶（熔化）离子的能量动力学，限制在一个保罗陷阱。熔化离子所经历的非周期性库仑相互作用形成用于从射频（rf）场到离子的非保守能量转移的介质，该过程被称为rf加热。我们研究射频加热通过分析数值模拟的非结晶离子运动中的保罗陷阱电位，其中的离子的长期运动的能量在离散的间隔变化，对应于离子-离子碰撞。这些碰撞的分析是用来作为一个基础，以获得一个简化的模型，射频加热能量动力学，从中我们得出结论，射频加热速率主要取决于射频场强度。我们证实了该模型的可预测性实验：两个捕获的$^{40}$钙$^{+}$离子被确定性地驱动熔化，和他们的荧光速率被用来推断离子的能量。从模拟和实验结果中，我们概括了有效的熔融囚禁离子的再结晶所需的实验参数。
2021-04-21 physics.atom-ph quant-ph
Trap assisted creation of giant molecules and Rydberg-mediated coherent charge transfer in a Penning trap
我们研究了潘宁阱中的两个离子。我们表明，电子高度激发态存在，其中一个电子是离域的两个离子之间形成一个巨大的分子的几个微米的大小。在接近库仑势垒顶部的能量下，这些分子态可以被视为单个离子的里德伯态的叠加。我们照亮的可能性，观察离子之间的相干电荷转移。超过临界主量子数，电子可以相干地隧穿库仑势垒到达相邻的双电荷离子。隧穿发生在时间尺度上，在这个时间尺度上，原子核的动力学可以被认为是冻结的，辐射衰变可以忽略不计。
2008-09-18 quant-ph
Universal hybrid quantum computing in trapped ions
使用离散和连续变量子系统，量子信息的混合方法可以为相同的物理资源提供更多的量子计算能力。在这里，我们提出了一个混合方案，可以用来产生必要的高斯和非高斯操作的通用连续变量量子计算在囚禁离子。该方案利用两个线性自旋运动相互作用产生一组广泛的非线性有效的自旋运动相互作用，包括一个和两个模式压缩，分束器，和三压缩操作中捕获的离子系统。我们讨论了可能的实验实现使用激光为基础的和激光的方法。
2021-05-12 physics.atom-ph quant-ph
