A perspective on integrated atomo-photonic waveguide circuits
描述了基于悬浮光子脊形波导的集成光子电路，它可用于超冷中性原子在其表面附近的双色倏逝光场中的相干捕获、引导和分裂。基于这种集成的原子-光子波导的量子惯性传感器，它是同时引导光子和原子沿同一路径，提出了。解释了在外力作用下自由空间和导引原子干涉仪的区别。讨论了实现这种新型量子技术平台所面临的理论和技术挑战。
2021-10-07 physics.app-ph physics.atom-ph
Integrated optical components on atom chips
我们报告的小规模的光学元件集成到硅晶片用于原子芯片。我们提出了一种片上光纤原子探测方案，可以探测小原子数的云。这种纤维也可以用来产生微观偶极陷阱。我们描述了我们最近的结果与光学微腔，并表明，单原子检测可以实现在原子芯片上。关键元件采用直接刻蚀法在原子芯片硅衬底上制作。
2005-02-07 physics.atom-ph
Single-atom trapping in the evanescent field of an integrated photonic resonator
Quantum Source Labs（量子源实验室）
研究通过倏逝场机制实现单个超冷原子在硅氮微环谐振腔中的高效捕获，展示了无持续冷却下的捕获持续时间对数扩展，实现了单原子与谐振腔的高效耦合。
2026-05-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
State Readout of a Trapped Ion Qubit Using a Trap-Integrated Superconducting Photon Detector
我们报道了一种利用集成陷阱的光子探测器实现的囚禁离子量子比特的高保真状态读出。我们确定了一个单一的$^9$ Be $^+$离子的超精细量子位态的表面电极射频离子阱的陷阱结构与超导纳米线单光子探测器（SNSPD）制作的状态依赖的离子荧光光子计数。平均读出保真度为0.9991（1），平均读出持续时间为46 $μ$ s，并且受到读出激光束的偏振杂质和非共振光泵浦的限制。由于在离子和探测器之间没有介入光学元件，我们可以使用离子荧光作为自校准光子源来确定探测器量子效率及其对光子入射角和偏振的依赖性。
2020-07-31 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Scalable photonic integrated circuits for programmable control of atomic systems
激光技术的进步推动了原子、分子和光学（AMO）物理学的发现和新兴应用，从具有冷原子或离子的量子计算机到具有固态色心的量子网络。这一进展推动了新一代“可编程光学控制”系统的发展，其特征在于标准（C1）可见（VIS）和近红外（IR）波长操作，（C2）可扩展超过1000个可单独寻址原子的大通道计数，（C3）高强度调制消光和（C4）与低门误差兼容的可重复性，以及（C5）快速开关时间。在这里，我们通过引入基于VIS-IR光子集成电路（PIC）技术的原子控制架构来解决这些挑战。基于互补金属氧化物半导体（CMOS）制造工艺，该原子控制PIC（APIC）技术满足系统要求（C1）-（C5）。作为概念的证明，我们展示了一个16通道的氮化硅为基础的APIC（5.8 $\pm$ 0.4）ns的响应时间和-30 dB消光比在780 nm的波长。这项工作证明了PIC技术对量子控制的适用性，为基于光可编程原子系统的可扩展量子信息处理开辟了一条道路。
2022-10-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Characteristics of integrated magneto-optical traps for atom chips
我们研究了硅中微加工的金字塔形磁光阱（MOTs）的操作。的加载和损失率的测量提供洞察附近的表面在MOT动态的作用。荧光与激光频率和强度的研究使我们能够开发一个简单的操作理论。捕获在金字塔中的$^{85}$ Rb原子的数量大约为$L^6$，其中$L \lesssim 6$是以mm为单位的尺寸。这是从捕获速度和尺寸之间的关系很自然地得出的，并且不同于通常用于描述较大MOT的$L^{3.6}$。我们的研究结果构成了迈向完全集成的原子物理学实验和设备的实质性进展。
2011-01-04 physics.atom-ph
A single atom detector integrated on an atom chip: fabrication, characterization and application
我们描述了一个强大的和可靠的单原子荧光检测器，是完全集成到一个原子芯片。该探测器允许对原子进行光谱和空间选择性探测，单原子探测效率达到66%。它由一个锥形透镜单模光纤和一个多模光纤组成，前者用于精确传输激发光，后者用于收集荧光。光纤安装在原子芯片上光刻限定的保持结构中。对磁波导中自由运动的中性~（87）Rb原子进行了探测，分析了其荧光发射的噪声。光子分布的方差允许确定检测到的光子/原子的数量，并从那里确定原子检测效率。荧光的二阶强度关联函数显示出近乎完美的光子反聚束和阻尼拉比振荡的迹象。通过简单的改进，可以将检测效率提高到> 95%。
2010-02-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Sagnac Tractor Atom Interferometer on Photonic Integrated Circuit
University of Michigan（密歇根大学）
本文提出并理论研究了基于光子集成电路的萨格纳克牵引原子干涉仪，通过圆形波导倏逝场形成反向旋转光学晶格囚禁原子，并建立高效量子模型评估其非绝热性、保真度与灵敏度。
2025-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Compact detector for atom-atom correlations on an atom chip
本文提出一种用于原子芯片上里德伯原子的紧凑型电离探测器，结合静电透镜与通道电子倍增器阵列实现态选择性和空间分辨测量，可用于量子比特关联探测和腔介导量子门。
2025-07-04 physics.atom-ph quant-ph
A hybrid ion-atom trap with integrated high resolution mass spectrometer
在这篇文章中，我们描述了我们的设计，建设和实施的离子原子混合系统，结合高分辨率飞行时间质谱仪（TOFMS）。磁光阱（MOT）中的钾原子（$^{39}$ K）和线性Paul阱中的激光冷却的钙离子（$^{40}$ Ca $^+$）在空间上重叠，并且组合阱与TOFMS集成用于径向提取和检测反应产物。我们还提出了一些实验结果显示之间的相互作用$^{39}$ K $^+$和$^{39}$ K，$^{40}$ Ca $^+$和$^{39}$ K $^+$以及$^{40}$ Ca $^+$和$^{39}$ K对。最后，我们讨论了在离子-原子混合体系中冷却CaH $^+$分子离子的前景。
2019-07-24 physics.atom-ph quant-ph
Integrated Atom Detector Based on Field Ionization near Carbon Nanotubes
我们展示了一个基于场电离和随后的离子计数的原子探测器。我们利用碳纳米管尖端附近的电场增强效应，使静电场达到9 × 10^9 V/m的极限值，这将使基态铷原子失去作用。该探测器是基于一个地毯的多壁碳纳米管生长在基板上，用于场电离，和一个通道电子倍增器用于离子计数。利用场致电子发射测量了碳纳米管尖端的场增强效应。我们演示了场电离检测器的操作，通过计数原子从热束的铷分配器源。通过测量铷的电离率作为所施加的检测器电压的函数，我们确定了场电离距离，其在纳米管尖端前方低于几十纳米。我们从实验数据中推断出铷原子在纳米管尖端附近的场致电离发生在快于10^（-10）s的时间尺度上。这一特性对于发展适用于测量超冷量子气体相关性的快速原子探测器特别有意义。我们还描述了该探测器作为分压计的应用。
2009-11-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Characterization of Suspended Membrane Waveguides towards a Photonic Atom Trap Integrated Platform
我们展示了一个光波导器件，能够支持高，在真空中，捕获一个原子或冷原子系综与倏逝场所需的光功率。我们的光子集成平台采用悬浮膜波导，在无约束波导跨度上成功管理6 mW（500 um跨度）至近30 mW（125 um跨度）的光功率。该平台与悬浮波导附近的激光冷却和磁光阱（MOT）兼容，称为膜MOT和针MOT，这是有效阱加载的关键成分。我们评估了两种新的设计，探索关键的热管理功能，使这种大功率处理。这项工作代表了一个重要的一步，集成平台耦合中性原子量子系统的光子和硅上的电子集成电路。
2021-03-18 physics.atom-ph quant-ph
Enabling atom-clad waveguide operation in a microfabricated alkali vapor-photonic integrated circuit
Joint Quantum Institute, NIST/University of Maryland（联合量子研究所，NIST/马里兰大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
该研究展示了一种微fabricated碱金属蒸汽-光子集成电路，通过硅氮化物光子集成电路与硼硅蒸汽细胞和药丸型rubidium供料器的集成，实现了紧凑、可制造且可扩展的原子蒸汽-光子系统，用于量子光学和原子传感器的应用。
2025-12-22 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Trap-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors with Improved RF Tolerance for Trapped-Ion Qubit State Readout
本文提出在射频离子陷阱中集成带接地铝镜屏蔽的 NbTiN 超导纳米线单光子探测器，可在 54V 峰值射频电势和 6K 温度下以 68% 系统探测效率工作，为可扩展量子计算中多种囚禁离子的并行高保真态读出提供支持。
2023-02-02 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.atom-ph
Role of atoms in atomic gravitational-wave detectors
最近，有人提出，天基原子传感器可用于探测引力波。这些建议将传感器描述为时钟或原子干涉仪。在此，我们力求探讨这两类提案之间的基本相似之处和不同之处。我们提出了一个框架，在该框架中，灵敏度的基本机制是相同的时钟和原子干涉仪的建议，与关键的区别是原子是否被严格限制由外部电位。考虑到这种解释，我们提出了两个主要的增强探测器使用受限的原子，这使得增强的灵敏度类似于大动量转移（LMT）在原子干涉测量（虽然没有转移的动量到原子），和一种方法来延长有用的相干时间的传感器超出原子的激发态寿命。
2017-11-10 gr-qc physics.atom-ph physics.space-ph
A Fully Fiber-Integrated Ion Trap for Portable Optical Atomic Clocks
我们提出了一种新颖的，单离子阱集成光纤直接嵌入陷阱结构提供激光以及收集离子的荧光。这消除了对光学窗口的需要。我们测试了系统的性能，并测量了离子荧光的信号背景比为50，这使我们能够在600 $μ$ s内以99%以上的保真度进行状态读出。我们测试了系统在22 ° C至53 ° C范围内对热变化的弹性，以及系统在34 Hz和300 Hz下的振动弹性，发现对其性能没有影响。我们的光纤耦合阱的紧凑性和鲁棒性的结合，使其非常适合应用，以及外部，研究实验室环境，特别是高度紧凑的便携式光学原子钟。虽然我们的系统被设计用于捕获$^{40}$ Ca $^{+}$离子，但是基本设计原理可以应用于其它离子种类。
2023-01-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Tomography of a number-resolving detector by reconstruction of an atomic many-body quantum state
对不可分辨原子的多体量子态进行高保真度分析需要对原子进行精确计数。在这里，我们报告的层析重建的原子数分辨探测器。的断层扫描进行与超冷铷系综，准备在一个相干的自旋状态，通过驱动两个超精细时钟水平之间的拉比耦合。耦合之后是计算一个级别中的占用数。我们描述了我们的探测器的保真度，并表明一个负值的Wigner函数与它相关联。我们的结果提供了一个令人兴奋的前景，高保真纠缠态的重建，并可以应用于未来的海森堡有限原子干涉术的演示。
2022-07-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Future Gravitational Wave Detectors Based on Atom Interferometry
我们提出的观点，使用原子干涉术的引力波（GW）的检测在兆赫到约10赫兹的频带。我们专注于光脉冲原子干涉仪已受到激烈的发展，在过去的25年。计算了GW对原子干涉仪的影响，并详细介绍了近年来备受关注的原子梯度仪结构。这种探测器的原理是使用自由下落的原子来测量激光的相位，该相位由GW修改。我们强调了使用原子干涉法相比，光学干涉法的潜在好处，以及仍然存在的挑战，为实现原子干涉的GW检测器。我们提出了一些重要的噪声源，预计在这样的探测器和战略，以cirucument他们。简要介绍了与冷原子干涉仪有关的实验技术。最后，我们介绍了这个快速发展的领域目前的进展和项目。
2016-11-29 gr-qc physics.atom-ph physics.ins-det
A pyramid MOT with integrated optical cavities as a cold atom platform for an optical lattice clock
我们实现了一个两阶段，六角金字塔磁光阱（MOT）锶，并证明加载冷原子到腔增强的一维和二维光晶格陷阱，所有在一个紧凑的组装在真空中的光学。我们表明，该设备是适合于高性能的量子技术，特别是专注于其预期的应用作为锶光晶格时钟。我们准备$2\times 10^4$自旋极化原子的$^{87}$锶在光晶格内500毫秒，我们观察到的真空有限寿命的原子在晶格中的27秒，我们测量的背景直流电场12 Vm $^{-1}$从杂散电荷，对应于一个分数频率偏移的$(-1.2\times 0.8)\times 10^{-18}$锶时钟过渡。当与黑体辐射环境的仔细管理相结合使用时，该设备显示出作为实现具有$10^{-18}$级别的系统不确定性的紧凑、稳健、可运输的光晶格时钟的平台的潜力。
2019-07-31 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Collective Strong Coupling of Thermal Atoms to Integrated Microring Resonators
th Institute of Physics and Center for Integrated Quantum Science and Technology, University of Stuttgart（斯图加特大学第五物理研究所与集成量子科学技术中心）；Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS)（斯图加特微电子研究所（IMS CHIPS））；Department of Electrical and Computer Engineering, Yale University（耶鲁大学电气与计算机工程系）；Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University（普渡大学埃尔默家庭电气与计算机工程学院）；Department of Physics and Astronomy, Purdue University（普渡大学物理与天文学系）
研究热 Rubidium 蒸汽与高 Q 值硅氮化物微环谐振器的集体强耦合，实现相干能量交换，展示高 cooperativity 和单原子强耦合特性。
2026-04-27 physics.atom-ph
Trapped atoms and superradiance on an integrated nanophotonic microring circuit
研究实现了在集成纳米光子微环电路上囚禁多达70个冷原子，利用简并拉曼边带冷却获得近700ms寿命，并观察到原子向回音壁模式的超辐射衰变，为量子应用提供了可扩展途径。
2024-06-21 physics.atom-ph quant-ph
Detecting Neutral Atoms on an Atom Chip
检测单个原子（量子比特）是在原子芯片上实现量子信息处理的关键要求。理想情况下，检测器应集成在芯片上。在这里，我们提出并比较不同的方法能够检测原子芯片上的中性原子。在简要介绍了荧光和吸收探测之后，我们讨论了单原子的腔增强探测。特别是，我们专注于光纤为基础的探测器，如光纤腔和锥形光纤偶极陷阱。我们讨论了各种限制，在建设这样的探测器的细节，以及目前的原子芯片上的实现。还描述了光纤集成的实验测试结果。此外，我们提出了一个试点实验的原子检测使用同心腔，以验证所需的缩放。
2006-08-18 physics.atom-ph
Silicon nitride based integrated photonic circuit to control a cold-atom source
Thales Research and Technology France（泰雷兹研究与技术法国）；Thales AVS France SAS（泰雷兹AVS法国公司）；LioniX International（LioniX国际）；Laboratoire Charles Fabry, Institut d'Optique Graduate School（夏尔·法布里实验室，高等光学学院）
本文提出一种基于氮化硅的光子集成电路，集成冷却、泵浦与成像功能，首次用有源PIC实现二维和三维铷87磁光阱，并测得7×10⁷个原子、温度270 μK。
2025-11-06 physics.atom-ph
Coupling a thermal atomic vapor to an integrated ring resonator
在具有许多节点的网络内的强相互作用的原子-腔系统构成了量子互联网的可能实现，该量子互联网允许在同一平台上进行量子通信和计算。为了实现这种大规模的量子网络，纳米光子谐振器是有希望的候选者，因为它们可以可扩展地制造并与波导和光纤互连。通过将环形谐振器阵列集成到一个蒸汽室中，我们发现室温以上的热铷原子可以耦合到光子腔中，作为芯片级混合电路的构建模块。虽然在第一次实现中还没有实现强耦合，但我们的方法为原子-腔系统的小型化和可扩展性迈出了关键一步。
2016-05-19 physics.atom-ph quant-ph
A Resonant Mode for Gravitational Wave Detectors based on Atom Interferometry
我们描述了一种原子干涉引力波探测器的设计，可以在谐振模式下工作，以提高灵敏度。通过振荡原子波包的位置，这种共振检测模式允许在目标频率处相干增强的窄带灵敏度。所提出的检测器是灵活的，可以快速切换之间的宽带和窄带检测模式。例如，在宽带模式下发现的二进制可以随后通过使用定制的窄带探测器响应随着螺旋的演变而进一步研究。除了像锁定放大器一样对天体物理事件起作用外，共振方法的增强灵敏度还为寻找重要的宇宙学信号提供了可能性，包括暴胀产生的随机引力波背景。我们给出了一个例子的探测器参数，这将允许探测到膨胀引力波下降到$Ω_\text{GW} \sim 10^{-14}$的两个卫星天基探测器。
2016-10-23 astro-ph.IM gr-qc hep-th
Tomography of a single-atom-resolved detector in the presence of shot-to-shot number fluctuations
本文针对单原子分辨探测器在逐次原子数涨落下的层析表征难题，提出利用子体积并行计数统计进行局部层析的方法，并用高斯量子态验证其有效性，发现Micro-Channel Plate探测器响应可用仅含探测效率参数的二项分布描述。
2024-05-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
An atom trap trace analysis system for measuring krypton contamination in xenon dark matter detectors
我们已经开发了一种原子阱痕量分析（ATTA）系统，以测量千分之一万亿分之一（ppt）的水平，与液体氙暗物质探测器超越当前一代的灵敏度实现的先决条件Kr。由于Ar和Kr具有相似的激光冷却波长，因此在测量Kr样品之前已经用Ar测试了该装置以避免污染。射频（RF）等离子体放电产生亚稳态原子束，其使用标准磁光技术进行光学准直、减慢和捕获。根据$1.2 \times 10^{-8}$（检测模式）的测量总系统效率，我们预计ATTA系统在$<2$小时内达到对样品中Kr的ppt浓度的设计目标灵敏度。
2013-09-27 astro-ph.IM physics.atom-ph
Near-deterministic single-atom loading on a photonic integrated circuit
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Purdue University（普渡大学）
利用光镊中的移动光晶格形成精密光学传送带，将原子稳定输送到微环谐振器电路上，通过实时反馈实现82%的单原子转移概率，达到强耦合条件C>1。
2026-06-09 physics.atom-ph quant-ph
Programmable cavity QED with a fiber-integrated atomic array
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究院）；Vienna Center for Quantum Science and Technology, Atominstitut, TU Wien（维也纳量子科学与技术中心，原子物理研究所，维也纳工业大学）
本研究结合12位点⁸⁷Rb光镊阵列与高协同度光纤法布里-珀罗微腔，实现单原子耦合强度的连续调控，测量集体增强真空拉比分裂并完成原子数非破坏性读出，为光纤集成量子网络节点提供可扩展架构。
2026-08-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Integrated coherent matter wave circuits
集成相干物质波电路是类似于集成光学电路的单个设备，其中相干德布罗意波被创建，然后被发射到波导中，在波导中它们可以在传播时被切换、分割、重组和检测。这种电路的应用包括制导原子干涉仪、原子电子电路和精确控制的原子传输。在这里，我们报告的实验演示集成电路的引导相干物质波。电路元件是用涂电势技术创建的，涂电势技术是一种时间平均光学偶极电势的形式，其中快速移动、紧密聚焦的激光束通过原子的电极化对原子施加力。相干物质波的源是玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。我们将BEC发射到涂有涂料的波导中，这些波导引导它们绕过弯曲并形成开关、相位相干分束器和闭合电路。这些是设计任意复杂的物质波电路所需的基本元素。
2015-10-20 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Localizing Gravitational Wave Sources with Single-Baseline Atom Interferometers
定位天空中的源对于充分发挥引力波在天文学、天体物理学和宇宙学中的潜力至关重要。我们发现，中频带，大约0.03至10赫兹，具有显着的潜力，角定位。角位置是通过探测器绕太阳运行时多普勒频移的变化来测量的。这个波段最大化了效果，因为这些是源存在几个月的最高频率。原子干涉仪探测器可以在中频波段进行观察，即使只有一个基线，也可以利用这种效应进行灵敏的角度定位。单一基线围绕地球和太阳运行，使其在源的寿命期间重新定向并显著改变位置，并使其类似于具有多个基线/探测器。例如，原子探测器可以预测即将发生的黑洞或中子星合并事件的位置，其精度足以让光学和其他电磁望远镜同时观测这些事件。因此，中波段原子探测器与其他引力波探测器是互补的，将有助于完成对大范围引力谱的观测。
2017-10-09 astro-ph.HE gr-qc physics.atom-ph
An integrated atom array -- nanophotonic chip platform with background-free imaging
提出一种结合64个光镊原子阵列与含100多个纳米光子器件的毫米级芯片的集成架构，利用多色激发检测方案在靠近器件处实现99.2%高保真无背景成像，并验证了无缺陷阵列的加载与重排。
2023-11-03 physics.atom-ph quant-ph
Detection of twisted radiowaves with Rydberg atoms
Tomsk State University（托木斯克国立大学）；Tomsk Polytechnic University（托木斯克理工大学）
本文提出两种基于Rydberg原子的扭曲无线电波探测器方案，利用非偶极跃迁和天线阵列实现低功率源的检测。
2025-07-27 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
