Suppression of Heating Rates in Cryogenic Surface-Electrode Ion Traps
捕获离子的密集阵列提供了一种按比例放大离子阱量子信息处理的方法。然而，离子阱的小型化目前受到在亚100 μ m离子电极距离处急剧增加的运动态退相干的限制。我们的特点在低温冷却的表面电极陷阱，在75微米至150微米范围内的特征尺寸的加热速率。在冷却到6 K时，测得的速率被抑制了7个数量级，比先前发表的在室温下操作的类似大小的陷阱的数据低两个数量级。观察到的噪声强烈依赖于制造工艺，这表明进一步的改进是可能的。
2007-11-16 quant-ph
Quantum theory of heating of a single trapped ion
本文研究了囚禁离子与{ \it量子化环境}相互作用引起的加热{ \it不进行Born-Markov近似}。推导了一个广义主方程，并提出了一种新的解析求解方法。我们的主方程是在Lindblad形式与时间相关的系数，从而允许模拟的动力学通过蒙特卡罗波函数（MCWF）方法。
2002-11-29 quant-ph
Heating of trapped particles close to surfaces - Blackbody and beyond
我们讨论了离子和中性粒子在靠近金属表面的陷阱中的加热和退相干。我们专注于简单的陷阱的几何形状和计算热激发电磁场的噪声谱。如果陷阱位于衬底的近场中，则与黑体场的水平相比，场波动大大增加，导致被捕获原子的相干性和寿命短得多。计算了离子阱和磁阱的时间常数。给出了噪声谱的大小依赖性的分析估计。最后讨论了集成表面波导中物质波相干输运的前景。
2000-05-16 quant-ph
Heating rate and electrode charging measurements in a scalable, microfabricated, surface-electrode ion trap
我们使用已建立的半导体集成电路和微机电系统（MEMS）的微制造工艺，在原则上可扩展到更大的离子阱阵列，实现离子阱量子信息处理，提出了一个表面电极离子“芯片”陷阱制造的性能。我们测量射频离子微动平行和垂直于平面的陷阱电极，并发现封装电容器减少到<10 nm的幅度。我们还测量了离子捕获寿命，由于激光入射在陷阱电极上的充电效应，以及单个被捕获离子的加热速率。这种陷阱的性能被认为是与其他相同大小的规模相媲美。
2011-05-24 quant-ph
Heating of trapped atoms near thermal surfaces
我们研究了靠近固体表面的小型阱中粒子的电磁耦合和伴随加热。确定了两个主要的加热机制：在吸收固体和时间依赖性的图像电位由于弹性表面畸变（瑞利声子）的热激发电流产生的邻近场。估计的陷阱基态的寿命。离子对邻近电场特别敏感：对于银衬底，我们发现在距离表面小于10微米的地方，寿命低于1秒。中性原子可能更接近表面：如果它们有磁矩，在紧密阱中估计最小距离为1微米，热量通过磁邻近场传递。对于无自旋原子，热是通过虚光子与表面声子的非弹性散射来传递的。然而，与典型实验的时间尺度相比，相应的寿命估计非常长。
1999-07-28 quant-ph
Versatile ytterbium ion trap experiment for operation of scalable ion trap chips with motional heating and transition frequency measurements
我们提出了一个镱离子阱实验的设计和操作与设置提供多功能的光学访问和90电互连，可以主机先进的表面和多层离子阱芯片安装在芯片载体上。我们操作了一个与该芯片载体设计兼容的宏观离子阱，并对其性能进行了测试，证明了长期频率>1 MHz，并捕获和冷却了几乎所有的稳定同位素，包括171 Yb+离子以及离子晶体。对于这个特殊的抽头，我们测量运动加热率，<n-dot>并观察<n-dot>到不同长期频率ω的1/ω ^2行为。在离子电极间距为310（10）μ m时，我们还确定了频谱噪声密度S_E（1 MHz）= 3.6（9）× 10 ^-11 V^2 m^-2 Hz^-1。本文描述了Yb ~+离子的俘获和冷却实验装置，给出了170 Yb ~+、171 Yb ~+、172 Yb ~+、174 Yb ~+和176 Yb ~+稳定同位素的2S_1/2 - 2P_1/2和2D_3/2 - 3D[3/2]_1/2跃迁的频率测量结果。
2010-12-17 quant-ph
Fast atomic transport without vibrational heating
我们使用动力学不变量与一个原子的哈密顿量在一个一维移动的陷阱，逆向工程的陷阱运动和执行快速原子输运没有最终的振动加热。原子被非绝热地驱动，通过一条捷径，得到绝热的慢陷阱运动的结果。对于谐波势，这只需要设计适当的陷阱轨迹，而在非谐波势阱中的完美输运可以通过施加额外的场来补偿陷阱的其余框架中的力来实现。结果可以推广到原子停止或发射。由于几何约束，能量和加速度的限制进行了分析，以及以前的方法（基于经典的轨迹或“快进”和“砰砰”的方法），可以集成在不变量为基础的框架的关系。
2010-10-15 quant-ph
Loss and heating of particles in small and noisy traps
我们推导出的寿命和损耗率被困粒子耦合到波动场附近的室温金属和/或电介质表面。我们的研究结果表明，近场效应明显优于普通黑体辐射。我们开发了一个理论框架，带电和中性粒子和自旋。损失过程是由于过渡到一个未捕获的内部状态。
1999-10-11 quant-ph
Heating and ion transport in a Y-junction surface-electrode trap
我们测量离子加热运输后，整个Y结表面电极离子阱。通过仔细选择的陷阱电压更新率在绝热运输沿陷阱臂，我们观察到最小的加热相对于异常加热背景。通过结的传输导致在轴向方向上每次遍历37和150量子之间的感应加热。为了可靠地测量在这个范围内的加热，我们比较实验边带包络，包括四阶边带，理论模型。边带包络方法使我们能够覆盖一阶边带和多普勒再冷却方法无法达到的中间加热范围。我们的结论是，量子信息处理在这个离子阱将可能需要交感冷却，以支持结传输后的高保真度门。
2014-03-19 physics.atom-ph quant-ph
Heating rate measurement and characterization of a prototype surface-electrode trap for optical frequency metrology
我们提出了一个原型表面电极（SE）陷阱的表征，作为实现一个紧凑的，单离子光学时钟的基础上Yb $^+$的第一步。SE阱的使用将是受益于洁净室制造技术和量子信息处理领域的技术进步的关键因素。我们成功地证明了在500 $μ$ m的电极距离捕获，其特征在于我们的陷阱的寿命和加热速率。据我们所知，这是SE阱中加热速率测量所达到的最高距离。用简单材料实现的这种简单的5线设计产生$\mathbf{8\times 10^3}$声子/s的加热速率。我们提供了一个分析的性能，这种原型陷阱的光频率计量。
2022-06-16 physics.atom-ph quant-ph
Measurement of Ion Motional Heating Rates over a Range of Trap Frequencies and Temperatures
本文测量了在$\sim$ 0.6 ~ 1.5 MHz和$\sim$ 4 ~ 295 K范围内不同陷阱频率和温度下被囚禁离子的运动加热率。此外，我们研究了吸附的表面污染物的沸点低于$\sim$ 105 $^{\circ}$ C的可能影响，通过测量离子加热速率之前和之后的局部烘烤我们的离子阱芯片在真空条件下。我们比较加热率在这里提出的那些计算从可用的电场噪声模型。我们可以根据这些模型的预期频率和温度标度的相互依赖性来严格限制它们的子集。测量结果和预测值之间的差异点，需要细化的理论噪声模型，以更充分地了解背后的运动捕获离子加热的机制。
2014-12-16 physics.atom-ph quant-ph
Simplified motional heating rate measurements of trapped ions
我们测量了囚禁原子离子的运动加热率，这是一个影响多离子量子逻辑门性能的因素。为此开发了两种简化的技术：一种依赖于用单个激光源实现的拉曼边带检测，而第二种更简单，并且基于多普勒再冷却期间的时间分辨荧光检测。我们应用这些方法来确定加热速率在一个microfrabricated表面电极陷阱由金在熔融石英，它的陷阱离子40微米以上的表面。从这两种技术获得的加热速率被认为是在合理的协议。此外，该阱在5.25 MHz的运动频率下产生每秒300 ± 30的加热速率，大大低于在其他阱中观察到的趋势。
2007-07-10 physics.atom-ph quant-ph
Insensitivity of Ion Motional Heating Rate to Trap Material over a Large Temperature Range
我们目前的测量被困离子运动态加热率在铌和金表面电极离子阱的陷阱电极温度范围从约4 K到室温（295 K）在一个单一的设备。使用边带比技术后，解决边带冷却的单离子的运动基态，我们发现低温加热率超过两个数量级低于室温值和近似等于在类似大小的低温陷阱的最低测量加热率。我们在两种非常不同的电极材料中发现了类似的行为，这表明异常加热过程由非材料特定的表面污染物主导。通过精确控制低温泵表面的温度，我们还确定了与背景气体的弹性碰撞可以导致明显稳定加热速率的条件，尽管碰撞很少。
2013-10-30 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
Zero-Point cooling and low heating of trapped 111Cd+ ions
本文报道了射频（Paul）阱中~（111）Cd ~+离子的基态激光冷却。被困离子运动的加热速率测量两种不同的捕获几何形状和电极材料，其中没有努力屏蔽原子镉源的电极。测得的低加热速率表明，捕获的111 Cd+离子可能非常适合涉及原子运动的量子控制的实验，包括量子信息科学中的应用。
2004-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Scalable suppression of heating errors in large trapped-ion quantum processors
Center on Frontiers of Computing Studies, School of Computer Science, Peking University（北京大学计算机学院前沿计算研究中心）；Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (Ministry of Education), Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter, School of Physics, South China Normal University（华南师范大学物理学院原子与亚原子结构及量子控制教育部重点实验室、广东省物质结构与基本相互作用卓越基础研究基地）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter, Frontier Research Institute for Physics, South China Normal University（华南师范大学前沿物理研究院广东量子工程与量子材料重点实验室、粤港澳量子物质联合实验室）
本研究提出一种可适配多参数的框架，通过高效代价函数抑制大型囚禁离子量子处理器的加热误差，在55量子比特系统模拟中使保真度损失最多降低五倍，还提升了失谐误差容限。
2026-09-02 quant-ph
Suppression of single cesium atom heating in a microscopic optical dipole trap for demonstration of an 852nm triggered single-photon source
研究了在强聚焦1064 nm激光束形成的微观光学偶极阱中，共振脉冲激发引起的动量积累过程对单个铯原子的加热.加热取决于限制脉冲激发的最大重复率的陷阱频率。我们通过实验验证了单个原子的加热，然后演示了如何用优化的脉冲激发/冷却方法来抑制它。单个Cs原子的典型陷阱寿命从108 +/- 6 us延长到2536 +/- 31 ms，相应的激发次数从~ 108增加到~ 360000。在应用这种更快的冷却方法时，我们使用被捕获的单个Cs原子作为触发单光子源，激发重复频率为10 MHz。利用Hanbury-Brown和Twiss装置对单光子的二阶强度关联进行了表征，观察到了明显的反聚束效应。
2016-06-30 physics.atom-ph quant-ph
Decoherence and fidelity in ion traps with fluctuating trap parameters
我们考虑两种不同类型的波动在离子阱的潜力：外部波动电场，这会导致统计运动（"摆动"）的离子相对于中心的陷阱，和波动的弹性常数，这是由于波动的交流分量的电位施加在保罗陷阱的离子。我们写下这两种情况下的主方程，平均噪声，获得加热的离子的表达式。我们将我们的结果与以前的结果进行了比较，在离子阱中的远距离共振光阱和加热。波动的外部电场对量子门操作（受控非）的影响是确定的，并导出该操作的保真度。
1998-12-17 quant-ph
Ground state sideband cooling of an ion in a room temperature trap with a sub-Hertz heating rate
我们证明了解决边带激光冷却的一个单一的40 Ca+离子在一个宏观的线性射频陷阱与径向对角电极间距为7毫米和射频驱动频率仅为3.7 MHz。对于沿无射频场轴的585 kHz的振荡频率，已经实现了99 ± 1%的基态布居，对应于仅6微开尔文的温度。对于范围在285 - 585 kHz的几个振荡频率，在室温下测量到低于每秒一个运动量子的加热速率。测得的最低加热功率比先前在室温下以及低温冷却阱中报道的低约一个数量级。
2012-05-10 physics.atom-ph quant-ph
Effects of electrode surface roughness on motional heating of trapped ions
电场噪声是囚禁离子量子计算中运动加热的主要来源。虽然已经在贴片电势和表面吸附物模型中研究了阱电极几何形状对电场噪声的影响，但是电流理论仅考虑光滑表面。粗糙度的影响，表面电极的一个普遍存在的功能，知之甚少。我们研究它的影响电场噪声推导出一个粗糙的表面格林函数和评估其对吸附物表面结合能的影响。在低温下，加热速率的贡献，从吸附物预测表现出指数的敏感性，局部表面曲率，导致一个大的净增强或抑制光滑表面。对于典型的实验参数，总加热速率的数量级变化可以发生依赖于吸收的空间分布。通过仔细设计电极表面轮廓，我们的研究结果表明，加热速率可以调整的数量级。
2016-05-09 physics.atom-ph quant-ph
Superconducting microfabricated ion traps
我们用铌和氮化铌制作了超导离子阱，并在低温下捕获单个88 Sr离子。超导转变的验证和特点是通过测量电阻和临界电流，使用4线测量陷阱结构，并观察在射频反射的变化。在6 K，800 kHz下观察到的最低加热速率为2.1（3）量子/秒，并且在超导转变过程中没有显着变化，表明异常加热主要是由表面上的噪声源引起的。这种超导离子阱的演示为将捕获的离子和分子离子与超导设备集成提供了可能性。
2010-12-14 quant-ph
Diamonds levitating in a Paul trap under vacuum: measurements of laser-induced heating via NV center thermometry
本文测量了真空条件下悬浮在环形Paul阱中的金刚石中氮空位中心的电子自旋共振（ESR）谱。我们观察到的ESR谱的NV中心嵌入微米级金刚石在真空压力下降到$2\times 10^{-1}$毫巴，由绿色激光加热的金刚石的限制。我们还观察到NV的光致发光在真空压力下降到$10^{-2}$毫巴，并讨论了超高真空下控制NV自旋所需的步骤。
2017-07-07 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Heating of a trapped ion induced by dielectric materials
由于表面产生的电场噪声会干扰附近捕获离子的运动，从而损害作为量子计算算法基础的门操作的保真度。我们提出了一种方法，预测电介质材料对离子的运动的影响。这种离子阱是离子阱的组成部分。定量协议之间的模型，没有自由参数和测量的被困离子接近介质镜。我们希望这种方法可以用于优化基于离子阱的量子计算机和网络节点的设计。
2021-03-25 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Measurement-Induced Heating of Trapped Ions
本研究实验发现囚禁离子在量子比特状态测量期间因荧光态光子散射导致极快加热，并提出基于量子轨迹的框架准确重现实验结果，统一描述了连续与离散源的离子加热现象。
2024-10-15 physics.atom-ph quant-ph
Dissipation-Assisted Quantum Information Processing with Trapped Ions
我们介绍了一个计划，以执行耗散辅助量子信息处理考虑现实的退相干率，例如，由于运动加热的离子阱。通过连续的交感冷却，我们克服了陷阱加热，并表明阻尼振动激发仍然可以用来调解相干相互作用以及集体耗散效应。我们描述了如何控制他们的相对强度实验，允许协议的相干或耗散产生的纠缠。该方案可以扩展到更大的离子寄存器，用于相干或耗散多体量子模拟。
2013-03-19 quant-ph
Semilinear response for the heating rate of cold atoms in vibrating traps
计算冷原子在振动陷阱中的加热率需要一个超越久保线性响应公式的理论。如果一个强的“量子混沌”假设不成立，过渡的分析显示出与能量空间中的渗流问题的相似性。我们展示了如何纹理和稀疏的扰动矩阵，由系统的几何形状，支配的结果。提出了一种改进的稀疏随机矩阵模型，它抓住了问题的本质，并得到了一种广义的变距离跳变图像。
2009-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heating in Nanophotonic Traps for Cold Atoms
在纳米光子波导中被捕获并与光发生光学接口的激光冷却原子是量子光学基础研究以及量子通信和量子信息处理中的应用的强大平台。自从这种混合量子纳米光子的第一次实现以来，在各种实验环境中观察到的原子运动的加热速率通常超过可比的自由空间光学微陷阱中的加热速率约三个数量级。这种过度加热是实现某些协议和设备的障碍。它的起源至今仍然难以捉摸，在纳米光子陷阱中遇到的小于光波长的典型原子-表面分离处，许多效应可能潜在地有助于原子加热。在这里，我们从理论上描述了波导的机械振动对被引导的光场的影响，并提供了纳米光子陷阱中粒子-声子相互作用的一般理论。我们测试我们的理论，将其应用到激光冷却的铯原子的情况下，基于纳米纤维的双色光阱。我们发现预测的加热速率和实验测量值之间的定量协议。我们的理论预测，在这种情况下，占主导地位的加热过程源于光阱原子的光机械耦合的热占据弯曲机械模式的波导结构的连续。除了解开长期存在的基于纳米纤维的原子陷阱过度加热之谜，我们还研究了加热速率对相关系统参数的依赖性。我们的研究结果使我们能够提出几种策略，以尽量减少加热。最后，我们的研究结果也是高度相关的光学力学实验与介电纳米粒子，光学捕获接近纳米光子波导。
2019-11-19 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
A microscopic model of electronic field noise heating in ion traps
离子在微阱中的运动加热是阻碍大规模量子处理装置实验实现的一个挑战。最近，一系列的测量表面电极离子阱的加热速率的特点，其频率，距离和温度的依赖性，但我们的理解这种噪声的微观起源仍然是模糊的。在这项工作中，我们开发了一个理论模型的电场噪声，这是与一个随机分布的吸附原子的陷阱电极表面。通过第一性原理计算吸附原子的涨落偶极矩，我们计算了所产生的电场涨落谱的距离、频率和温度依赖性，并通过合并所有相关的振动态，计算了超出二能级涨落标准情形的噪声谱。的$1/f$噪声示出开始在大致的基本声子跃迁速率的频率和$d^{-4}$依赖与距离的离子从电极表面建立。
2011-08-17 physics.atom-ph quant-ph
Influence of monolayer contamination on electric-field-noise heating in ion traps
电场噪声是基于纠缠态囚禁离子的大规模量子计算机组装的一个障碍。除了无处不在的技术噪声源，捕获离子加热的实验研究已经揭示了额外的限制这种噪声的贡献，源自电极表面上的原子过程。在最近的工作[A。Safavi-Naini等人，Phys. Rev. A 84，023412（2011）]描述了这种过量电场噪声的微观模型，其指出了一种更系统地理解表面吸附物作为电场抖动噪声的祖先的方法。在这里，我们解决了表面单层污染吸附物引起的噪声过程的影响。通过使用精确的数值计算的H和N原子单层的Au（111）表面上的物理吸附和化学吸附的相反的极端，我们表明，一个额外的单层可以显着影响噪声功率谱和增强或抑制所产生的加热速率。
2012-09-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Multi-ion sensing of dipolar noise sources in ion traps
由于与尚不完全清楚的自然界电场噪声源的相互作用，捕获离子量子平台会受到“异常”加热。有充分的实验证据表明，这种噪声起源于陷阱电极的表面，假设波动的点状偶极子的模型与观测结果一致，但异常加热背后的确切微观机制仍然没有确定。在这里，我们展示了如何显示一个双离子探针在其耗散特性的过渡，使实验获得的偶极子的平均取向和空间范围的偶极-偶极相关性。该信息可用于测试候选微观模型的有效性，其预测跨越几个量级的相关长度。此外，我们提出了一个实验来测量这些影响与目前可用的陷阱和技术。
2017-09-14 quant-ph
Reduction of heating rate in a microfabricated ion trap by pulsed-laser cleaning
本文用三倍频Nd：YAG激光器在355 nm波长下产生的ns脉冲对平面微加工离子阱中的电极进行了激光清洗。在几个能量密度水平的激光脉冲的效果已经通过测量作为其长期频率的函数的单个~（40）Ca ~+俘获离子的加热速率进行了测试。已观察到电场噪声谱密度减少约50%，并且还注意到频率依赖性的变化。这是第一个报道的实验，其中的“异常加热”现象已减少通过删除源，而不是减少其热驱动的低温冷却。这种技术可能开辟的方式，以更好地控制离子微阱中的电极表面质量。
2011-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det quant-ph
Demonstration of a scalable, multiplexed ion trap for quantum information processing
制作并测试了一种用于量子信息处理的可扩展的多路复用离子阱。陷阱的设计和制造过程进行了优化，可扩展到小陷阱的大小和大量的互连陷阱，并集成的控制电子和光学。在室温下用Cd+、Mg+和Sr+离子以及在6 K下用Sr+测试具有类似设计的多个阱，其中各自的离子寿命为90 s、300 +/- 30 s、56 +/- 6 s和4.5 +/- 1.1小时。在室温和1.6MHz的陷阱频率下，测得Mg+的运动加热速率为7 +/-3量子/毫秒。对于Sr+，在6 K和540 kHz下，测得的加热速率为每秒220 +/- 30量子。
2009-07-09 quant-ph
Shot noise dominant regime for ellipsoidal nanoparticles in a linearly polarized beam
在激光散粒噪声占主导地位的制度的加热和参数反馈冷却的光学囚禁的各向异性纳米粒子的结果。相关的动力学参数，如振荡频率和散粒噪声加热速率，取决于被捕获粒子的形状。对于椭球体颗粒，轴长和总尺寸的比率控制相对于频率的散粒噪声加热速率。对于具有较小椭圆度或较大尺寸的颗粒，旋转的相对加热速率倾向于小于平移的相对加热速率，表明更好的旋转冷却。对于一个反馈方案，我们还提出了结果的最低占领数，可以实现作为一个函数的加热速率和经典的不确定性的位置测量。
2017-05-04 quant-ph
Heating and Escape of Confined Atoms Subject to Colored Noise
Duke University（杜克大学）
本文研究软化势中粒子在有色噪声下的逃逸，推导平均逃逸时间，发现准静态势垒倾斜可解释离子阱快速逃逸。
2026-10-08 quant-ph
Fast and Coherent Transfer of Atomic Qubits in Optical Tweezers using Fiber Array Architecture
Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉物理与数学研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出一种利用光纤阵列架构实现原子量子比特快速且相干转移的方法，通过控制陷阱深度实现静止与移动陷阱间的平稳振幅交换，从而在低热噪声下实现高保真度的量子比特转移。
2026-04-09 quant-ph
Heating rate in a linear quadrupole trap
本文研究线性四极阱中射频加热对离子系综的影响，发现低温寿命随射频场振幅按幂律增加、爆炸性起始温度线性下降，并揭示非线性不稳定性会降低寿命并局部增大加热速率。
2023-12-01 physics.atom-ph physics.comp-ph quant-ph
Design and Finite-Element Analysis of a New Inclined Blade-Electrode Architecture for Trapped-Ion Quantum Information Processing
National Institute of Technology Calicut（印度国立卡尔卡利理工学院）
通过有限元分析新型倾斜刀片电极离子阱，揭示约束强度与加热速率的权衡，确定25-35微米间距为优化设计区间，为量子信息处理提供设计指南。
2026-09-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Finite geometry models of electric field noise from patch potentials in ion traps
我们通过考虑离子阱电极的有限几何形状，对导电表面上波动的贴片电位产生的电场噪声进行建模，以深入了解离子阱中异常加热的起源。与表面距离，$d$，异常加热率的缩放，获得几个通用的几何形状的相关电流离子阱设计，从平面到球形电极。补丁大小的影响进行了研究，通过求解拉普拉斯方程在适当的格林函数，以及通过本征函数展开。与表面距离的缩放被发现是高度依赖于几何形状的选择和电极的空间范围，离子电极的距离，和补丁大小之间的相对规模。我们的模型一般支持$d^{-4}$依赖目前发现的大多数实验和模型，但也预测几何驱动偏离这一趋势。
2011-09-14 quant-ph
Electric Field Distortions in Surface Ion Traps with Integrated Nanophotonics
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学量子光学研究所）
本文通过有限元模拟研究集成波导和光栅耦合器的表面离子阱中的电场畸变，并提出利用对称性和透明导电氧化物材料来减少畸变的方法。
2026-06-19 quant-ph
Predicting electric-field noise in ion traps using fluctuation electrodynamics
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Alpine Quantum Technologies GmbH（阿尔卑斯量子技术有限公司）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出一种基于涨落电动力学的方法，用于预测离子阱中由材料体涨落引起的电场噪声，适用于任意几何结构，并验证了介电材料贡献主导，预测误差在四倍以内。
2026-10-02 quant-ph
How Correlated Adsorbate Dynamics on Realistic Substrates Can Give Rise to 1/ω Electric-Field Noise in Surface Ion Traps
离子阱是用于实现可扩展的量子计算的有前途的架构，但是它们遭受过度的“异常”加热，这阻止了它们的全部潜力被实现。这种加热比约翰逊-奈奎斯特噪声所预期的大几个数量级，导致离子运动，导致量子逻辑门中的退相干和保真度降低。异常加热的确切起源是一个悬而未决的问题，但实验指出，吸附在陷阱电极作为一个可能的来源。已经提出了许多不同的异常加热模型，但这些模型还没有查明实验观察到的$1/ω$电场噪声标度在离子阱中观察到的频率在0.1-10 MHz之间的原子起源。在这项工作中，我们进行了第一次计算研究的离子阱电场噪声所产生的运动的多个单层的吸附物所描述的第一性原理的潜力。在这样做时，我们表明，相关的吸附物运动发挥了决定性的作用，产生$1/ω$噪声和识别候选集体吸附物运动，包括平移和旋转运动的吸附物补丁和多层交换，引起$1/ω$缩放在MHz频率通常采用离子阱。这些结果表明，多吸附质系统，即使是简单的，可以引起一组激活的运动，可以产生$1/ω$噪声中观察到的离子阱和集体，而不是个人，吸附运动更有可能引起低频加热。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Simulating nonlinear spin models in an ion trap
我们展示了如何被困离子的振动模式的条件位移可以用来模拟非线性集体和相互作用的自旋系统，包括非线性陀螺和伊辛模型（一个通用的两个量子位门），独立的离子的振动状态。因此，只要加热速率不太大，冷却到振动基态是不必要的。
1999-08-12 quant-ph
Measurement of the motional heating of a levitated nanoparticle by thermal light
我们报告的测量光子感应加热的二氧化硅纳米球悬浮在真空中的热光源形成的超辐射发光二极管。加热的纳米球运动沿三个陷阱轴测量作为气体压力的函数，并为两个颗粒尺寸。加热速率也被比较了低得多的再加热相同的球体悬浮时，由激光。我们发现，测量的陷阱加热率占主导地位的更大的加热率预期从热光子的反冲。
2022-04-21 physics.atom-ph physics.soc-ph quant-ph
Distance scaling of electric-field noise in a surface-electrode ion trap
我们研究了反常离子运动加热，限制多量子位量子逻辑门保真度在捕获离子系统，作为离子电极分离的函数。使用一个多区表面电极陷阱，其中离子可以在五个离散的距离，从金属电极，我们测量的电场的离子上的离子电极距离$d$所经历的噪声的幂律依赖性。我们发现一个缩放约$d^{-4}$，无论电极是在室温或低温下，尽管事实上，加热速率约两个数量级小，在后一种情况下。通过将噪声应用于电极的辅助测量，我们排除了测量的加热速率和缩放的技术限制。我们还测量频率缩放的固有电场噪声接近$1/f$在这两个温度。这些测量排除了考虑不具有$d^{-4}$距离依赖性的非稳态加热模型，包括当前感兴趣的几个微观模型。
2017-12-01 physics.atom-ph quant-ph
Ion-trap electrode preparation with Ne$^+$ bombardment
我们描述了一种非原位表面清洁程序，该程序被证明可以减少离子阱电极的运动加热。在离子阱的最终组装和真空处理之前立即实施的这种预清洁处理去除了电极制造过程之后残留的表面污染物。我们采用了多角度离子轰击处理，旨在清洁电极表面和电极间的间隙的微制造陷阱。此过程有助于最大限度地减少可能导致电气短路的电极之间间隙中的再沉积。我们报告的加热速率在以这种方式制备的针型离子阱是低一个数量级相比，类似的未经处理的针型陷阱使用相同的实验设置。
2014-06-06 physics.atom-ph quant-ph
Motional refocusing for trap-off Rydberg gates
Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
该研究开发了一种仅通过可编程捕获光强度切换的运动重聚焦协议，可消除关阱里德伯门的释放-再捕获循环加热，抑制剩余加热并实现无加热的中性原子门。
2026-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Low-Temperature Dependences of the Polarization of Terahertz Emission from $n$-Germanium in Heating Electric Fields
如在[3]中指出的，为了验证来自$n$ -Ge的热电子的太赫兹发射的偏振依赖性的行为由载流子散射的类型确定的假设，有必要在温度之间的范围内执行该依赖性的温度测量，其中散射分别由杂质和声学晶格振动确定。给定的工作提出了这种调查的结果。
2010-11-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Cryogenic silicon surface ion trap
囚禁离子是构建量子信息处理器和量子模拟器的杰出候选者。它们被用来演示量子门和算法、量子纠错和基本的量子模拟。然而，为了实现这种系统的全部潜力并使可扩展的捕获离子量子计算成为现实，存在许多必须解决的实际问题。这些措施包括解决观察到的高离子加热速率和创建可简单可靠地生产的可扩展的陷阱结构。在这里，我们报告低温操作的硅离子阱，可以快速，容易地制造使用标准的半导体技术。单个$^{40}$ Ca $^+$离子已被捕获并用于表征陷阱操作。在离子电极距离为230 $μ$ m时，观察到陷阱的加热速率低至$\dot{\bar{n}}=$ 0.33声子/s。这些结果为微制造离子阱阵列开辟了许多新的途径。
2015-05-01 physics.atom-ph quant-ph
Influence of static electric fields on an optical ion trap
我们最近报道了一个原理验证实验，该实验证明了在由静态电势叠加的单束偶极阱中离子的光学捕获[Nat. Photonics 4，772- 775（2010）]。在这里，我们首先讨论的实验程序集中在静态电势的影响和后果。如果不仔细选择它们的配置，这些电势可以很容易地阻止成功的光捕获。之后，我们分析了偶极陷阱实验与不同的解析模型，其中应用不同的近似。根据这些模型，实验结果与反冲加热作为相应的热效应相一致。此外，还开发了一个蒙特卡罗模拟来完善分析。它揭示了一个很大的影响的静态电势的偶极陷阱实验一般。虽然它支持实验中使用的参数的分析模型的结果，但分析模型对于显著不同的参数不再有效。最后，我们提出了未来实现光学捕获离子实验的技术改进。
2011-12-16 physics.atom-ph quant-ph
Coherent Control of Trapped Ion Qubits with Localized Electric Fields
本文提出利用可局域到多区阱各区域的电场与自旋相关梯度相结合，实现对囚禁离子量子比特的相干控制，并在表面电极阱中演示和测量了电场局域化。
2022-10-28 physics.atom-ph quant-ph
Distance scaling and polarization of electric-field noise in a surface ion trap
我们探测电场噪声的表面离子阱的离子表面距离$d$之间的50和300 $μ\mathrm{m}$在正常和平面方向。我们发现，噪声的距离依赖，以规模为$d^{-2.6}$在我们的陷阱和频率的依赖，这是一致的$1/f$噪声。特定于我们的陷阱几何形状的电场噪声的模拟提供了证据，表明我们不受技术噪声源的限制。我们的距离缩放数据是一致的，在陷阱表面的噪声相关长度约为100 $μ\mathrm{m}$，我们讨论了如何修补电位的大小将被修改的电极几何形状。
2019-06-19 physics.atom-ph quant-ph
Implications of surface noise for the motional coherence of trapped ions
由于离子的运动加热，来自金属表面的电噪声是捕获离子的量子应用的主要障碍。在这里，我们讨论如何相同的噪声源也可以导致纯粹的运动量子态的退相。该机制是特别相关的小离子表面的距离，从而施加了一个新的约束陷阱小型化。用自由感应衰减实验测量了Cu-Al表面上方50~ $μ$ m处单离子运动的退相时间。从失相时间，我们提取的离子的长期频率以下的集成噪声。我们发现，没有一个最常见的讨论离子阱的表面噪声模型描述了这两个，所观察到的加热以及测得的失相，令人满意。因此，我们的测量提供了一个基准，为未来的模型，由金属表面发出的电噪声。
2016-02-23 physics.atom-ph quant-ph
Engineering recoil heating in coherent-scattering levitated optomechanics
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；TU Wien（维也纳工业大学）
基于宏观量子电动力学和少模量子化方法，研究了光子散射反冲加热在光学陷阱中的退相干效应，发现通过Purcell效应可显著抑制反冲加热速率，为悬浮光力学中的运动退相干工程提供了理论框架。
2026-05-28 physics.optics quant-ph
Long-term drifts of stray electric fields in a Paul trap
我们调查的准静态杂散电场在一个线性保罗陷阱在几个月的时间内的演变。根据这些电场最初是如何感应的，我们观察到场漂移的非常不同的时间尺度。光致电场在日时间尺度上的衰减。我们将其解释为绝缘材料上的光电产生的电荷，这些电荷通过放电电流衰减。相比之下，杂散场由于暴露的离子阱的Ba原子束主要表现出缓慢的动态的顺序上的几个月。我们解释这一观察结果的涂层的陷阱电极的原子束。这可能导致接触电势，由于表面上的原子扩散和化学过程，接触电势会随着时间缓慢漂移。为了不干扰场的演化，我们抑制了测量过程中保罗阱中额外电荷和原子涂层的产生。为此，我们将离子阱与环境光屏蔽，仅允许使用近红外激光。此外，我们最大限度地减少了进入离子阱室的原子通量。我们的屏蔽阱的长期运行使我们的制度非常低的残留电场漂移小于0.03 V/m每天。
2013-09-23 physics.atom-ph quant-ph
