Isotope shifts of natural Sr+ measured by laser fluorescence in a sympathetically cooled Coulomb crystal
我们用激光光谱法测量了锶离子的$5s\,\,^2S_{1/2}\to 5p\,\,^2P_{1/2}$（紫色）和$4d\,\,^2D_{3/2}\to 5p\,\,^2P_{1/2}$（红外）偶极允许的光学跃迁的同位素位移。通过同时测量含有$10^3$ - $10^4$激光冷却Sr $^+$离子的线性Paul阱中的双组分库仑晶体来获得荧光光谱。同位素位移是从实验光谱中提取的数据与描述一个三能级原子与两束激光相互作用的光学布洛赫方程的解析解拟合。这种技术使我们能够提高精度相对于以前报道的光电流光谱或快速原子束技术获得的数据。$5s\,\,^2S_{1/2}\to 5p\,\,^2P_{1/2}$跃迁的结果为$ν_{88}-ν_{84}=+378(4)$ MHz和$ν_{88}-ν_{86}=+170(3)$ MHz，与先前报道的测量结果一致。在先前未探索的$4d\,\,^2D_{3/2}\to 5p\,\,^2P_{1/2}$跃迁的情况下，我们发现$ν_{88}-ν_{84}=-828(4)$ MHz和$ν_{88}-ν_{86}=-402(2)$ MHz。这些结果为严格检验类碱金属原子同位素位移的理论计算提供了更多的数据。此外，在多同位素离子串的情况下，它们简化了用于离子频率标准或量子信息处理应用的Sr $^+$同位素的识别和寻址。
2014-02-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Millikelvin Spatial Thermometry of Trapped Ions
我们演示了激光冷却囚禁离子的毫开尔文测温与高分辨率成像。这种平衡方法与冷却动力学无关，并且具有比多普勒测温法更低的系统误差，具有\pm 5 mK精度和\pm 1 mK精度。我们用它来观察一个单一的离子的高度各向异性的动力学，发现温度为< 60 mK and >15 K同时沿不同的方向。这种测温技术可以提供新的见解量子系统的同情冷却的离子，包括原子，分子，纳米机械振荡器，和电路。
2011-06-09 quant-ph
Deterministic Ultracold Ion Source targeting the Heisenberg Limit
制造量子处理器和未来纳米固态器件的主要挑战是具有纳米分辨率的材料改性技术和抑制掺杂剂或量子比特载体的统计波动。基于mK激光冷却的分段离子阱，我们实现了一个确定性的单离子源，它可以工作于大范围的同感冷却离子种类、同位素或离子分子。我们已经确定性地提取了预定数量的离子的需求，并测量了6.3米/秒的纵向速度的不确定性和0.6毫拉德的空间光束发散。我们在数值模拟中表明，如果离子被冷却到运动的基态（海森堡极限）纳米空间分辨率可以实现。
2009-02-03 quant-ph
Coupling two laser-cooled ions via a room-temperature conductor
我们证明了两个独立捕获的离子与620 $μ$ m的分离距离的运动之间的耦合。离子-离子相互作用是通过一个室温电浮动金属线连接两个表面陷阱增强。调谐到共振的两个离子的运动，我们显示了11赫兹的耦合率的能量流。在我们的器件中，强表面电场噪声阻碍了量子相干耦合。我们的离子线离子系统表明，室温导体可用于调解和调谐独立捕获的电荷之间的相互作用超过自由空间偶极偶极耦合可实现的距离。该技术可用于同情地冷却或纠缠远程捕获的电荷，并实现不同物理系统之间的耦合。
2021-07-02 physics.atom-ph quant-ph
Blackbody-radiation-assisted molecular laser cooling
在离子阱中，分子离子的平移运动可以通过与激光冷却的原子离子的库仑相互作用而被有效地冷却到低于100 mK的温度。然而，内部振转态的分布在几十秒内与通常高得多的环境温度达到热平衡。我们考虑这样的内部热的旋转冷却的概念，但冷却异源双原子分子离子。该方案依赖于从几个特定旋转能级到"暗态“的光泵浦与黑体辐射介导的旋转粒子数再分布的组合。
2002-06-19 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Adiabatically controlled motional states of a ground-state cooled CaO$^{+}$ and Ca$^{+}$ trapped ion chain
本研究针对囚禁分子离子外部自由度调控需求，利用共囚禁Ca⁺协同边带冷却实现CaO⁺轴向运动模近基态冷却，验证绝热调谐模式频率时声子态可保持，为分子偶极-声子相互作用研究奠定基础。
2022-12-09 physics.atom-ph quant-ph
Spectroscopy and Directed Transport of Topological Solitons in Crystals of Trapped Ions
我们从实验和理论上研究了由几十个激光冷却的离子组成的晶体结构中的离散孤子。共振激发局域的，光谱间隙的孤子振动模式，一个非线性机制导致连续冷却的晶体的非平衡稳态。我们发现孤子的传播和从准一维通道中的逃逸可以用热激活机制来描述。我们通过外激发的振幅来控制孤子集体坐标的有效温度。此外，全局捕获势允许控制孤子动力学，并实现定向输运依赖于其拓扑电荷。
2017-05-05 quant-ph
Transfer of trapped atoms between two optical tweezer potentials
被困，激光冷却的铷原子之间转移两个强聚焦，水平，正交相交的激光束。研究了传输效率随光束轴间垂直距离的变化规律。当距离等于束腰半径时，得到了最佳传输。数值模拟很好地再现了实验结果。
2006-06-01 quant-ph
Mode shaping in mixed ion crystals of 40Ca2+ and 40Ca+
本文研究了40 Ca ~（2+）和40 Ca ~（2+）离子在线性Paul阱中的混合库仑晶体。用真空紫外激光源将捕获的40 Ca+光电离产生双电荷离子，并通过多普勒冷却的40 Ca+离子进行共振冷却。我们从实验和理论上研究了这些混晶的结构构型和振动模式。我们的结果与40钙2+是一个重要的一步，实验实现的建议，模式成形的线性晶体和自旋相关的配置变化，从锯齿形到线性提出的李等，Phys.Rev.A87，（2013）052304和Phys. Rev. Lett 108，（2012）023003中使用激发到里德堡态的离子。
2013-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Fast photon-mediated entanglement of continuously-cooled trapped ions for quantum networking
本文提出利用真空内高数值孔径物镜收集可见光子并干涉探测，实现钡离子量子比特的高保真纠缠，同时引入镱离子协同冷却，使纠缠速率达到每秒250次，为量子网络提供连续高效的纠缠源。
2024-07-03 physics.atom-ph quant-ph
Resonance fluorescence of a laser cooled atom in a non-harmonic potential
研究了激光驱动下囚禁在非简谐势场中的单原子。我们介绍了基态激光冷却和多普勒冷却的性能和散射光功率谱中的质心运动的签名。为了说明结果，我们提供了两个明确的例子限制势：无限深方势和莫尔斯势。
2016-05-19 quant-ph
Motional studies of one and two laser-cooled trapped ions for electric-field sensing applications
我们研究了一个和两个激光冷却捕获的$^{40}$ Ca $^+$离子的动力学通过施加不同性质的电场沿轴向的陷阱，即，驱动的运动与谐波偶极场，或与白噪声。这两种类型的驱动诱导不同的运动状态的轴向模式;相干振荡的偶极场，或增强的布朗运动由于额外的贡献，从电噪声的加热速率。在这两种情况下，一个孤立的离子和激光冷却的双离子晶体的灵敏度进行了评估和比较。这种动力学的分析和理解是重要的实现一种新的潘宁阱质谱技术的基础上，光学检测，旨在提高精度和灵敏度。
2017-08-22 physics.atom-ph quant-ph
Colloquium: Trapped ions as quantum bits -- essential numerical tools
被囚禁的激光冷却的原子和离子是量子系统，可以通过实验以前所未有的精度控制。由于对运动和内部自由度的控制，这些量子系统可以用一个众所周知的哈密顿量来描述。在这次座谈会上，我们提出了强大的数值工具的外部控制的运动和内部状态的被困中性原子的优化，明确适用于被困激光冷却离子在分段离子阱的情况下。然后，我们深入研究解决逆问题，优化离子的捕获电位时。我们的介绍是补充量子力学处理的波包动力学的被困离子。有效的数值求解时间无关和时间相关的问题。利用量子最优控制技术实现了对运动波函数的整形和对量子门的优化。所提出的数值方法也可以用来获得一个直观的理解量子实验与囚禁离子在个人计算机上进行虚拟模拟实验。代码和可执行文件作为补充在线材料提供（http：//kilian-singer.de/ent）。
2010-06-15 quant-ph
Optical interface created by laser-cooled atoms trapped in the evanescent field surrounding an optical nanofiber
激光冷却中性原子的捕获和光学接口是其用于先进量子技术的基本要求。在这里，我们同时实现了这两个任务与铯原子相互作用的多色倏逝场周围的光学晶体。这些原子被定位在一个一维的光晶格约200 nm以上的表面，并可以有效地询问与共振光场发送通过的表面。我们的技术开辟了将激光冷却原子系综直接集成到光纤网络中的途径，这是大规模量子通信方案的重要先决条件。此外，它非常适合于实现混合量子系统，该混合量子系统将原子与，例如，固态量子器件
2010-05-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum Gates on Individually-Addressed Atomic Qubits Subject to Noisy Transverse Motion
单个捕获的原子量子位代表了最有前途的量子计算机技术之一，因为它们的空闲误差可以忽略不计，并且能够通过聚焦光场实现全套可重构门操作。然而，量子门操作的保真度会受到横向于激光的原子的弱约束的限制。我们目前的测量这种效果，通过执行单独寻址纠缠门链中的最多25个被困的原子离子，弱限制沿链轴。我们提出了一个模型，准确地描述了所观察到的退相干从由嘈杂的电场引起的离子的残余加热。我们建议通过使用散布在链中的辅助离子来同情地冷却整个量子线路中的量子比特离子来抑制这些效应。
2020-07-14 quant-ph
Sympathetic cooling and detection of a hot trapped ion by a cold one
研究了一个离子被另一个激光冷却离子或小离子晶体共振冷却的动力学。为此，我们开发了简单的模型的冷却动力学在弱库仑相互作用的限制。在实验上，我们利用激光烧蚀产生的中性原子的光电离，制备了Ca $^+$和Al $^+$的双离子晶体。我们用时间分辨荧光光谱法研究了激光烧蚀原子穿过陷阱的速度分布。我们观察到中性原子的速度远高于那些热加热的样品，并发现作为一个结果长的symathethic冷却时间之前结晶发生。我们的关键结果是一种新的技术，用于检测负载的初始热离子的能量在eV范围内，通过监测多普勒冷却离子的运动状态已经存在于陷阱。该技术不仅检测离子，而且还提供关于交感冷却过程的动力学的信息。
2015-09-02 physics.atom-ph quant-ph
Feasibility of a quantum memory for continuous variables based on trapped ions
我们建议使用大量的冷囚禁离子云作为量子光学和量子信息实验的介质。相反，最近实现的量子比特操纵的基础上，一个小数目的捕获和冷却的离子，我们研究的情况下，陷阱包含一个宏观数量的离子。我们特别考虑的实现的量子信息存储在连续变量的量子存储器，并研究了相关的物理参数对系统的预期性能的影响。
2006-07-08 quant-ph
Simplified quantum logic with trapped ions
我们描述了一个简化的计划，量子逻辑与收集激光冷却囚禁原子离子。基于Cirac和Zoller的方案，我们展示了如何将离子运动的集体模式和单个离子的内部状态之间的基本受控非门减少到单个激光脉冲，并且可以消除对第三辅助内部电子状态的需要。
1996-12-17 quant-ph
Quantum signatures of chaos in the dynamics of a trapped ion
我们展示了如何一个非线性混沌系统，参数踢非线性振荡器，可能会实现在一个被困的，激光冷却的离子，相互作用的驻波脉冲序列的动态。与最初的光学方案[G. J. Milburn和C. A. Holmes，Phys. Rev A，44，p4704，（1991）]不同，捕获的离子能够以最小的耗散实现强量子动力学。这应该允许对混沌的量子特征之一进行实验测试;平均振动能量的不规则崩溃和复兴动力学。
1996-11-14 quant-ph
Cooling trapped atoms in optical resonators
我们导出了一个方程的冷却动力学的量子运动的原子被囚禁在一个外部的潜力内的光学谐振腔。这个方程具有广泛的有效性，并允许我们确定新的制度，运动可以有效地冷却到潜在的基态。我们的研究结果表明，运动是严重影响的量子关联诱导的机械耦合与谐振器，这可能会导致选择性抑制某些跃迁的适当的参数制度，从而提高冷却效率。
2007-03-20 quant-ph
Sympathetic ground state cooling and coherent manipulation with two-ion-crystals
我们将一个双离子晶体冷却到集体运动模式的基态。激光冷却，更具体的解决边带冷却是通过只照射晶体中的两个$^{40}$ Ca $^+$离子之一来同情地进行的。我们测量了线性阱中晶体运动模的加热率，发现它们比Q. Turchette { \em et. al.}在捕获的$^9$ Be $^+$离子的情况下，可以使用Phys. Rev. A 61，063418（2000）中的方法。在制备好基态之后，可以对原子布居进行相干量子态操控。在相干时间内，观察到多达12个拉比振荡，表明可以实现许多相干操纵。在离子阱中对每个离子分别进行相干激发和基态冷却是实现量子信息处理的重要手段。
2000-09-08 quant-ph
Statistical Mechanics of a Trapped Bose-Einstein Condensate
气体中的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）已经实现。碱金属原子（$^{87}Rb$、$^{23}Na$和$^{7}Li$）已经使用激光冷却和捕获，随后通过磁捕获和蒸发冷却到冷凝点（温度为100 nK）。这一重要的实验结果也重新引起了人们对BEC理论研究的兴趣。在这篇文章中，我们讨论的统计力学的捕获BEC在零温度。特别地，我们研究了凝聚体的稳定性，通过使用变分方法与局部和非局部粒子之间的相互作用。
1998-03-26 quant-ph
Beyond-Ten-Hour Coherence in a Decoherence-Free Trapped-Ion Clock Qubit
Tsinghua University（清华大学）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Renmin University of China（中国人民大学）
本文通过结合钟态量子比特与去相干自由子空间编码，实现了超过十小时的相干性，突破了传统技术限制，为可扩展的量子信息处理奠定了基础。
2026-03-20 quant-ph
Quantum state manipulation of trapped atomic ions
利用激光冷却和囚禁的9Be+离子研究了相干量子态合成和量子逻辑方法。我们创建和表征非经典的运动状态，包括“薛定谔猫”状态。实现了一个基本的量子逻辑门，它使用两个量子化的离子运动状态和两个离子内部状态作为量子比特。我们探讨了一些应用程序，并在实现中存在的问题，量子计算的基础上，多个被困离子。
1997-05-12 quant-ph
Short-range force detection using optically-cooled levitated microspheres
我们提出了一个实验，使用光学捕获和冷却的电介质微球检测短程力。在真空中捕获的微球的质心运动可以经历极低的耗散和$10^{12}$的品质因数，导致yoctonewton力灵敏度。将球体捕获在光场中使得能够定位在距离表面小于1 $μ$ m处，这是可能存在外来新力的区域。我们希望，该系统可以通过增强灵敏度的$10^5-10^7$在1 $μ$ m的长度尺度上目前的实验，推进非牛顿重力的搜索。此外，我们的系统可能有助于表征其他短程物理，如卡西米尔力。
2010-08-06 hep-ph quant-ph
On the Transport of Atomic Ions in Linear and Multidimensional Ion Trap Arrays
被捕获的原子离子已经成为量子计算机最有前途的架构之一，并且目前的努力现在致力于通过复杂的分段离子阱结构来传输被捕获的离子，以便按比例放大到更大数量的被捕获的离子量子位。本文讨论了在任何类型的复杂多维射频（保罗）离子阱阵列中离子输运的几个重要问题。我们开发了一个一般的理论框架，应用时间相关的电场穿梭激光冷却离子沿任何所需的轨迹，并描述了一种方法，用于确定任意穿梭时间表上的量子态的捕获离子运动的效果。除了在短距离线性穿梭的一般情况下，我们引入的问题，特别是穿梭通过多维路口，这是所需的任意控制的位置的大型阵列的被困离子。这包括离子在拐角处的传输，通过十字或T结，以及激光冷却晶体中多个离子的位置交换。在可能的情况下，我们最近的实验结果在一个多维的T结陷阱，实现了任意的2维运输。
2008-02-20 quant-ph
Shot-noise limited monitoring and phase locking of the motion of a single trapped ion
我们执行高分辨率的实时读出的一个单一的捕获和激光冷却的Ba离子的运动。通过使用干涉装置，我们证明了散粒噪声限制测量的热振荡的分辨率为4倍的标准量子极限。我们应用实时监测的相位控制的离子运动通过一个反馈回路，抑制光子反冲引起的相位扩散。由于在锁相模式下光谱变窄，相干离子振荡的测量分辨率约为标准量子极限的0.3倍。
2012-12-05 quant-ph
Electrodynamically trapped Yb+ ions for quantum information processing
高效率，几乎确定性，和同位素选择性产生的Yb $^+$离子的1-和2-色光电离证明。研究了\ybodd超精细态的态制备和态选择性检测，以优化制备态的纯度和检测过程的时间优化。本文报道了线性激光冷却Yb $^+$离子晶体的实验结果。结合了不同的离子阱实验的特征，同时通过使用相对简单的实验装置减少了可能的误差源的数量。这开辟了一条新的途径，对量子态操纵个别被困离子，特别是可扩展的量子计算。
2006-02-03 quant-ph
Laser cooling with electromagnetically induced transparency: Application to trapped samples of ions or neutral atoms
利用量子干涉剪裁的三（或多）能级系统的吸收分布，提出了一种新的基态激光冷却囚禁原子的方法。在冷却速率与常规边带冷却相当的情况下，可以实现较低的最终温度。该方法在实验上实现冷却一个单一的钙$^+$离子到其振动基态。由于可以同时冷却宽频带的振动频率，因此该技术对于冷却较大的离子串将特别有用，从而对于基于捕获离子的量子寄存器的初始化具有重要的实际意义。我们还讨论了它在不同能级方案中的应用以及在大失谐驻波激光场囚禁的中性原子基态冷却中的应用。
2001-07-17 quant-ph
Cooling the motion of a trapped atom with a cavity field
我们从理论上分析了原子在高精细度光学谐振腔中的冷却动力学。通过适当定制的散射过程来实现冷却，其中原子偶极跃迁将腔光子散射到谐振器外部的电磁场中，或者将受激发射执行到腔模式中，然后通过腔镜消散。我们确定的参数制度中，原子的质心运动可以冷却到基态的外部陷阱。我们预测，特别是，高cooperativities介导的原子跃迁的干扰效应可能会导致更高的效率。的动力学进行了比较与冷却动力学的被困原子内的谐振器中研究[物理评论快报。95，143001，（2005）]，其中原子而不是腔由激光场驱动。
2012-11-07 quant-ph
Measurement-based ground state cooling of a trapped ion oscillator
基于测量的冷却是一种方法，通过这种方法，最初处于热态的量子系统可以通过某种测量在其基态中制备。这是通过进行预示系统处于所需状态的测量来完成的。在这里，我们演示了应用基于测量的冷却技术被困原子离子。通过多普勒激光冷却将离子预冷却到具有平均激发$\bar n \approx 18$的热状态，并且基于测量的冷却技术选择离子恰好处于运动基态的那些场合。预告过程的保真度大于95%。这种技术可以应用于不像捕获离子那样适合于激光冷却的其他系统。
2023-01-30 quant-ph
Resilient entanglement gates for trapped ions
构建大规模离子阱量子处理器将需要在存在噪声和实验缺陷的情况下稳健的纠缠门操作。我们通过实验演示了一种新型的莫默-索伦森门如何防止由门期间使用的运动模式加热引起的不忠。此外，我们还展示了同样的技术如何同时提供显着的保护，防止缓慢的波动和误设置的长期频率。由于这个参数的灵敏度恶化的情况下，离子不基态冷却，我们的方法提供了一条路径，放宽离子冷却要求在实际实现的量子计算和模拟。
2018-09-17 quant-ph
Unpolarized, incoherent repumping light for prevention of dark states in a trapped and laser-cooled single ion
通常用于激光冷却离子捕获研究的许多离子种类具有低位亚稳2D 3/2态，其可以由于来自2P 1/2激发态的自发发射而变得充满。这需要再泵浦激光器来将离子维持在多普勒冷却循环中。通常，2D 3/2态，或者如果离子具有核自旋，则它的一些超精细成分，具有比再泵浦跃迁的上态更高的多重性。这可能导致暗态，其必须通过外部磁场或通过调制再泵浦激光器的偏振来不稳定。我们建议使用非偏振，非相干放大自发发射（ASE）驱动的再泵浦跃迁。与激光器相比，ASE光源具有几个优点。它可以在无外部极化调制的情况下防止暗态的形成，即使在零磁场中，它也可以同时驱动多个超精细跃迁，并且不需要频率稳定。这些特点使它非常紧凑和强大的，这是必不可少的实用，便携式光学离子钟的发展。我们构建了一个理论模型的ASE辐射，包括源被部分偏振的可能性。以~（88）Sr~+为例，通过数值求解所涉及能级的八能级密度矩阵方程，分析了与单模激光器相比，ASE光源的性能。最后导出了一个约化的三能级系统，得到了一个计算激发态布居数和散射率的简单公式，可用于优化实验参数。所需的ASE功率谱密度可以用现有技术获得。
2013-02-01 physics.atom-ph quant-ph
The effect of atomic response time in the theory of Doppler cooling of trapped ions
我们描述了一个简单的方法，将一个原子或离子的多普勒冷却到理论的冷却过程的响应时间的问题。被冷却的系统通常不会立即响应其在静止坐标系中经历的变化的激光频率，并且这种“动态效应”会显著影响可达到的温度。这是特别重要的捕获离子时，有一个缓慢的衰变出的冷却循环需要使用的再泵浦束。我们处理了两个和三个内部状态的囚禁离子的情况下，然后将理论应用到$^{40}{\rm Ca}^+$。对于这个离子存在的实验数据表明，离子是冷的条件下，加热预测，如果忽略动态效应。本理论解释了观察到的行为。
2017-06-14 physics.atom-ph quant-ph
Observation of power-law scaling for phase transitions in linear trapped ion crystals
我们报道了离子晶体中线性到锯齿形相变的临界各向异性参数和离子数之间的幂律关系的实验确认。我们的实验使用激光冷却的钙离子限制在一个线性射频陷阱。最多10个离子的测量结果与理论和数值预测吻合良好。讨论了离子阱量子计算机中数据寄存器大小上限的含义。
2000-08-09 quant-ph
Fast quantum gates for cold trapped ions
我们提出了一种替代方案，用于产生激光冷却的囚禁离子之间的2-qubit量子门相互作用。该方案是基于交流斯塔克位移（光移）引起的激光共振的离子跃迁频率。在{ \it特定}激光强度下，离子能级的移动允许涉及运动量子交换的跃迁的共振激发。我们比较该计划的性能相对于相关的离子阱的建议，并发现，对于实验实现使用行波辐射和工作在兰姆-迪克制度，在门开关率的一个数量级的改善是可能的。
2000-04-25 quant-ph
Sympathetic Cooling of Mixed Species Two-Ion Crystals for Precision Spectroscopy
囚禁离子的交感冷却已经成为量子信息处理和精密光谱学不可或缺的工具。在最简单的情况下，单个多普勒冷却离子同情地冷却另一个通常具有不同质量的离子。我们分析调查的质量比的影响，这样的离子晶体上的可实现的温度限制在外部加热的存在下。作为一个例子，我们表明，一个单一的Al+与Be+，Mg+和Ca+离子的冷却提供了类似的结果，通常在离子阱中观察到的加热速率，而冷却离子具有较大的质量表现较差。此外，我们提出的再热动力学的数值模拟结果后，背景气体碰撞的Al+/Ca+晶体不同的冷却激光配置。
2012-02-17 physics.atom-ph quant-ph
Practical scheme for quantum dense coding between three parties using microwave radiation in trapped ions
我们提出了一个在微波和磁场梯度的辅助下，通过操纵三个被限制在微阱中的离子来实现三方之间的二维量子密集编码（QDC）的实用方案.在我们的方案中的离子不需要被严格冷却到振动基态，因为单量子比特和多量子比特操作是通过伊辛项进行的，其中离子的振动模式在整个方案中保持不变，使得我们的方案对离子的加热具有鲁棒性。我们还提出了实施三方QDC实验的详细步骤和参数，并表明所提出的方案是在目前的离子阱实验技术。
2007-02-07 quant-ph
Optical super-resolution sensing of a trapped ion's wave packet size
我们展示了一个单一的捕获离子的波包的大小的超分辨率光学传感。我们的方法扩展了众所周知的基态耗尽（GSD）技术的相干制度。在这里，我们使用一个空心光束强烈饱和相干驱动偶极禁戒跃迁周围的子衍射限制区域在其中心和观察状态相关的荧光。通过空间扫描这个激光束在一个单一的捕获$^{40}\mathrm{Ca}^+$离子，我们能够测量冷却离子的波包大小。使用耗尽束腰的$4.2(1)\,μ$米，我们达到了空间分辨率，使我们能够确定一个波包大小为$39(9)\,$ nm的近基态冷却离子。该值与独立推导的$32(2)\,$ nm值相匹配，该值由解析边带光谱测量计算得出。最后，我们讨论了我们的适应GSD成像技术的最终分辨率限制，直接量子波包成像的应用。
2021-10-07 physics.optics quant-ph
Adiabatic cooling of a single trapped ion
本文介绍了在线性射频阱中对单个~（40）Ca ~+离子绝热冷却的实验结果。经过一段时间的激光冷却后，沿无射频场轴的长期频率从583 kHz降低到75 kHz。对于一个最初被冷却到0.65 ± 0.03 mK的离子多普勒激光器，在绝热膨胀后测得的温度为87 ± 7 μK。对处于基态（P0 = 0.978 +/- 0.002）的单边带冷却离子应用相同的绝热冷却过程导致最终的基态占据为0.947 +/- 0.005。这两个结果都与基本上完全绝热的行为非常一致。这些结果在离子基量子信息科学、高分辨率分子离子光谱学和超低温离子化学等不同领域具有广泛的应用前景。
2012-10-16 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic cooling of a trapped proton mediated by an LC circuit
有效冷却被捕获的带电粒子对于许多基础物理实验、高精度计量学和量子技术都是必不可少的。到目前为止，交感冷却需要近距离的库仑相互作用，但人们一直希望将激光冷却技术带到宏观分离的陷阱中的粒子，将量子控制技术扩展到以前无法到达的粒子，如高电荷离子，分子离子和反物质。在这里，我们展示了一个单一的质子使用激光冷却Be+离子在空间上分离的潘宁陷阱的交感冷却。陷阱由超导LC电路连接，该电路能够在9 cm的距离内进行能量交换。我们还展示了冷却的宏观LC电路的谐振模式与激光冷却的离子和交感神经冷却的一个单独被困的质子，达到远低于环境温度的温度。值得注意的是，由于这种技术只使用图像电流相互作用，它可以很容易地应用于反质子实验，促进提高物质-反物质比较和暗物质搜索的精度。
2021-08-29 physics.atom-ph quant-ph
High-Fidelity, Single-Shot, Quantum-Logic-Assisted Readout in a Mixed-Species Ion Chain
我们使用一个共同捕获的离子（$^{88}\mathrm{Sr}^{+}$）同情地冷却和测量的量子态布居的存储量子比特离子的不同的原子物种（$^{40}\mathrm{Ca}^{+}$）在低温，表面电极离子阱。部分地由于这里所示的低运动加热速率，通过使用共享运动作为量子态总线，可以将存储离子的状态布居转移到辅助离子，并且以96（1）%的平均精度测量。该方案可用于量子信息处理器中，以减少不可测量存储量子比特中光子散射引起的误差。
2017-06-15 physics.atom-ph quant-ph
Wavelength-Scale Imaging of Trapped Ions using a Phase Fresnel lens
采用微加工相位菲涅耳透镜对射频Paul阱中的镱离子进行成像。离子被激光冷却到接近369.5 nm跃迁的多普勒极限，减少离子运动，使每个离子形成近点源。通过检测同一跃迁上的离子荧光，实现了光斑尺寸小于440 nm（FWHM）的近衍射极限成像。这是第一次演示的图像捕获离子的分辨率上的过渡波长的顺序。
2011-01-24 physics.optics quant-ph
Rapid Exchange Cooling with Trapped Ions
针对QCCD架构中协同冷却的速率瓶颈，提出交换冷却方法，利用激光冷却的冷却剂离子快速冷却计算离子，实验证明输运时间仅107微秒，移除超96%轴向能量，验证单种类处理器可行性。
2024-02-05 physics.atom-ph quant-ph
Rotational excitation in sympathetic cooling of diatomic molecular ions by laser-cooled atomic ions
Universität Kassel（卡塞尔大学）；Universidad Autónoma de San Luis Potosí（圣路易斯波托西自治大学）；Aarhus University（奥胡斯大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
研究通过激光冷却原子离子与双原子分子离子的库仑相互作用，分析协同冷却过程中旋转激发的影响，评估冷却时间及分子内部状态的纯度。
2026-01-15 physics.atom-ph quant-ph
Algorithmic Ground-state Cooling of Weakly-Coupled Oscillators using Quantum Logic
大多数离子缺乏直接激光冷却所必需的快速循环跃迁。在大多数情况下，它们仍然可以通过与第二个限制在相同电势中的可冷却离子物种的库仑相互作用而被同情地冷却。如果两种离子类型的荷质比太不匹配，则某些运动自由度的冷却变得困难。这限制了量子门可实现的保真度和光谱精度。在这里，我们介绍了一种新的算法冷却协议，用于将声子从较差的冷却模式转移到有效的冷却模式。我们通过同时使Be $^{+}$ -Ar $^{13+}$混合库仑晶体的两个运动模接近它们的零点能量来证明它，尽管离子之间的耦合很弱。我们达到最低温度报告的高电荷离子，只有$T\lesssim200~\mathrm{μK}$在两种模式中的每一个，对应于一个剩余的平均运动声子数$\langle n \rangle \lesssim 0.4$的剩余温度。结合射频离子阱中观察到的最低电场噪声，这些值使得能够实现基于高度带电离子的光学时钟，其分数系统不确定性低于$10^{-18}$水平。我们的方案也适用于（反）质子，分子离子，宏观带电粒子，和其他高电荷的离子物种，使其运动的量子基态的陷阱可靠的准备。
2021-02-25 physics.atom-ph quant-ph
Controlling systematic frequency uncertainties at the $10^{-19}$ level in linear Coulomb crystals
捕获的离子非常适合于精确的光谱学，这从单离子时钟的显著低的系统不确定性中可以看出。这些时钟的主要弱点是平均时间长，这是单个原子的低信号所必需的。增加的离子数量可以克服这种限制，并允许实现新颖的时钟方案。然而，这提出了一个挑战，以保持良好的控制系统的单粒子在空间扩展和强耦合多体系统的位移。我们测量和推导出系统的频率不确定性与光谱与离子链在一个新开发的射频陷阱阵列设计的同时捕获离子系综精密光谱。对于一个在${}^+$时钟的例子，同情地与Yb ${}^+$离子冷却，我们表明，在我们的系统中，预期的系统频率的不确定性与多离子操作可以低于$1\times10^{-19}$。我们的结果为纠缠时钟光谱和级联时钟操作等先进光谱方案铺平了道路。
2018-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Trapping and sympathetic cooling of single thorium ions for spectroscopy
精确的光学光谱学的外来离子揭示了准确的信息，如核性质的电荷半径和磁性和四极矩。钍离子表现出独特的核性质，与测试自然界的对称性高度相关。我们报告的负载和捕获的单个$^{232}$ Th $^+$离子在线性保罗陷阱，嵌入和同情冷却的小晶体的捕获$^{40}$钙$^+$离子。被捕获的Th离子以非破坏性的方式从晶体发射的激光诱导Ca荧光图案中的空隙中识别，或者，当从Paul阱提取离子并将它们引导到外部检测器中时，通过飞行时间信号识别。我们已经装载和处理了总共231个单独的Th离子。我们达到了$\gtrsim 95\, \%$的飞行时间检测效率，与检测器的量子效率一致。共振冷却技术有望应用于其他同位素和Th的各种电荷态，为进一步研究$^{229m}$ Th.
2018-07-16 physics.atom-ph 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
Doppler Cooled Ions in a Compact, Reconfigurable Penning Trap
我们报告的设计和实验演示的一个紧凑的，可重构的潘宁离子阱构造与稀土永磁体放置在阱真空外壳外。我们描述了多普勒激光冷却离子在永磁体潘宁陷阱的第一次观察。我们详细介绍了一种方法，用于量化和优化的陷阱磁场均匀性原位使用中性$^{40}$钙前体原子的热束。在0.65 T下对$^{40}$ Ca $^+$进行了多普勒激光冷却，捕获离子荧光的侧视图显示了二维和三维阵列的结晶顺序。测量的$^{40}$ Ca $^+$陷阱频率证实了中性$^{40}$ Ca的磁场表征。这里描述的紧凑型阱能够实现各种冷离子实验，相对于传统的基于电磁体的潘宁阱，具有低尺寸、重量、功率和成本要求。
2019-09-13 physics.atom-ph quant-ph
Coupling trapped ions to a nanomechanical oscillator
本文实现了一种将金属纳米线与激光冷却囚禁离子耦合的混合系统，展示了共振与非共振耦合及离子相干运动激发，为离子-机械混合量子系统和双向协同冷却开辟了新途径。
2023-12-01 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic rotational cooling of large trapped molecular ions
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
通过协同旋转冷却技术，实现对分子离子旋转态的高效冷却，为量子信息处理和高精度光谱学提供新的可能性。
2026-02-03 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Controlling fast transport of cold trapped ions
我们实现了离子在分段微结构Paul阱中的快速输运。离子在阱的5个运动周期（3.6微秒内280微米）内穿梭超过其基态波函数大小10^4倍的距离。从基态冷却的离子，我们发现一个优化的运输，使能量增加低至0.10 $\pm$ 0.01运动量子。此外，我们证明了存储在自旋运动纠缠态中的量子信息在整个传输过程中得到了保持。穿梭操作是级联的，作为基于穿梭的架构到可扩展离子阱量子计算的原理证明。
2012-06-02 physics.atom-ph quant-ph
Long-lived metastable-qubit memory
本研究针对量子信息相干存储需求，利用同种类离子协同冷却与擦除错误监测，在单个$^{137}$Ba$^+$离子亚稳态$5D_{5/2}$中实现136(42)秒相干时间的量子比特编码，验证了亚稳态量子比特的架构优势与退相位主导误差的特性。
2024-08-18 physics.atom-ph quant-ph
