Bistability and squeezing of the librational mode of an optically trapped nanoparticle
本文系统地研究了激光囚禁的悬浮非球形纳米粒子的振动模的压缩特性。通过将该模式的非线性系数展开到四阶的自由振动角$θ$，发现该模式的非线性系数只与纳米粒子的尺寸和材料有关，而与俘获势的形状无关。当驱动频率红失谐到自由振动模时，出现了双稳态和滞后现象。在蓝失谐区，我们详细地研究了振动模方差的压缩，这在角动量和角动量的测量中有潜在的应用。
2017-07-11 quant-ph
Realization of a quantum walk with one and two trapped ions
实验证明了在相空间中用一个和两个囚禁离子在一条直线上的量子行走。通过使离子经受与量子抛硬币操作交错的状态相关的位移操作，实现了多达23步的行走。为了分析每一步之后离子的运动状态，我们应用了一种技术，该技术直接将概率密度分布映射到离子的内部状态上。测量的几率分布和位置的二阶矩清楚地表明了量子行走的非经典特征。为了进一步突出经典（随机）和量子行走之间的区别，我们证明了后者的可逆性。最后，我们通过使用两个离子来扩展量子行走，使行走者有更多的可能性留下来，而不是迈出一步。
2010-02-16 quant-ph
Hybrid Quantum System of a Nanofiber Mode Coupled to Two Chains of Optically Trapped Atoms
利用渐缩光场对冷原子进行捕获和光学界面作用，构成了一种新型的可控的混合量子系统。原子被捕获在两个平行的一维光晶格中，该晶格由非常靠近样品表面相对侧的适当的远蓝和红失谐倏逝场模式产生。每个光晶格的集体电子激发（激子）共振耦合到第二晶格，形成对称和反对称公共激子。相反，单个原子偶极-偶极相互作用的逆立方依赖性，我们解析地发现一个指数衰减的耦合强度与晶格之间的距离。由此产生的对称（亮）激子与共振光子相互作用形成光纤极化激元，可以通过线性光谱观察到。对于足够大的波矢，极化子衰减到自由空间的速率大大降低，这应该使该系统成为实现原子系综之间的远程量子通信的理想选择。
2010-06-11 quant-ph
Quantum Memory with Optically Trapped Atoms
报道了在远失谐光偶极阱中实现原子集体态量子存储的实验研究。集体原子态的产生是由拉曼散射光子的检测预示的，并伴随着在原子系综中的存储。光偶极阱在量子存储过程中对原子提供了限制，同时保持了原子的相干性。我们通过拉曼散射产生的光子对的互相关和存储在存储器中的原子态的检索来探测量子存储。非经典的相关性观察到的存储时间高达60微秒。
2008-08-20 quant-ph
Synthetic cooling translational mode of an optically trapped nanoparticle through librational mode
我们系统地研究了光悬浮非球形纳米粒子的多稳定性行为和平移和平移模式的冷却。将囚禁势展开到平动自由度和平动自由度的四阶，导出了它们的非线性和非线性耦合。通过稳定性分析，我们发现当平动驱动和平动驱动都是红失谐时，系统呈现多重稳定性。当且仅当这两个驱动器都是蓝色失谐时，系统才稳定。在定态区，我们利用平动模研究了平动模的综合冷却方案。我们发现，匹配这两种模式的驱动幅度和适当的空气压力可以优化合成冷却。将反馈冷却与合成冷却相结合，可以大大提高合成冷却极限。
2018-05-07 quant-ph
Quantum walks and Dirac cellular automata on a programmable trapped-ion quantum computer
量子行走形式主义是一个广泛使用和非常成功的框架，用于模拟量子系统，如狄拉克方程的模拟，在低能量和高能量状态下的不同动力学，以及用于开发广泛的量子算法。在这里，我们提出了基于电路实现的位置空间中的离散时间量子行走的五量子比特捕获离子量子处理器。我们对特定多比特态的步行者位置空间进行编码，并编程系统以不同的量子步行参数运行，实验实现了具有可调质量参数的Dirac元胞自动机。量子行走电路和位置状态映射有利地扩展到更大的模型和物理系统，允许基于离散时间量子行走算法和与狄拉克方程的离散版本相关联的动力学的任何算法的实现。
2020-02-06 quant-ph
Quantum walks of a phonon in trapped ions
量子力学粒子的传播和干涉是量子物理学基本过程的重要组成部分，其本质可以用量子行走（quantum walk）来建模，量子行走是一个描述量子力学粒子在离散空间区域中运动的数学概念。在这里，我们报告的声子，振动量子，在囚禁离子晶体的量子行走的观察。利用制备和观测声子局域波包的能力，以单格点分辨率观测了单个径向局域声子在四离子线性晶体中的传播。结果表明，与数值计算的协议，表明声子系统的可预测性和再现性。这些特性将有助于对具有大量节点的量子行走的高级实验研究，以及利用声子作为计算资源实现玻色子采样和量子模拟。
2019-09-04 quant-ph
Strongly trapped two-dimensional quantum walks
离散时间量子游动是随机游动的非平凡推广，具有广泛的应用。特别是，它们可以用作计算原语，并且它们是模拟其他量子系统的合适工具。DTQW通常由于其量子性而弹道传播。然而，在某些情况下，它们可以保持在其初始状态（捕获）。DTQW的捕获和其他基本性质由硬币操作符的选择决定。我们介绍和分析了一个迄今为止未知的类型的步行驱动的硬币类导致强大的陷阱，补充了已知的步行列表。这类行走表现出许多令人兴奋的性质，其可能的应用范围从介质中的光脉冲捕获到拓扑效应和量子搜索。
2015-01-27 quant-ph
Coherence of a qubit stored in Zeeman levels of a single optically trapped atom
实验研究了Rb-87原子5S_（1/2），F=1超精细基态塞曼子态中量子比特的相干特性。自旋为1的单原子系统的拉莫尔旋进是通过在定义的初始自旋状态下制备原子，然后在可编程的自由演化期后测量所产生的状态来观察的。另外，通过执行量子态层析成像，收集关于自旋相干性的最大知识。通过使用主动磁场稳定并且不施加磁引导场，我们实现了T2*=75的横向和纵向失相时间。150 \mus，T1>0.5 ms。我们推导了单原子在近似简谐势阱中的光移分布，并表明所测得的原子自旋相干性主要受光阱势中剩余位置和状态相关效应的限制。改进的理解使更长的相干时间成为可能，这是未来应用于光晶格中原子的长距离量子通信和计算或贝尔不等式的无空洞测试的重要先决条件。
2011-07-25 quant-ph
Quantum walk of a trapped ion in phase space
我们实现了一个离子在线性离子阱中的量子行走的原理证明。在单步保真度超过0.99的情况下，我们在线上执行三步不对称行走。如果我们允许步行者/离子同时走所有的经典路径，我们清楚地揭示了与经典对应物的差异。量子干涉在高度纠缠的自由度（硬币和位置状态）中实施非对称的非经典分布。我们从理论上研究和实验上观察我们的方法，这是由运动压缩的步骤数的限制。我们提出了一种基于脉冲步骤方法的改进协议来克服这些限制，原则上允许将量子行走扩展到数百步。
2009-04-27 quant-ph
Testing quantum physics in space using optically trapped nanospheres
空间技术的最新发展，如用于无阻力控制、热屏蔽、超稳定激光源和稳定光学腔的微推进系统，为利用光阱电介质球进行量子光学机械实验提供了理想的平台。在这里，我们将概述最近的研究结果，旨在实现MAQRO空间任务，以测试量子物理学的基础在一个参数制度的数量级超出现有的实验。特别是，我们将讨论DECIDE，这是一个准备然后研究薛定谔猫型状态的实验，其中半径约为100 nm的介电纳米球是在两个明显不同的位置同时叠加制备的。这种叠加导致了双缝干涉，干涉图样的可见性将与量子理论的预测进行比较。当我们的测试对象接近宏观尺寸时，这种方法允许测试可能与量子理论的偏差。有了DECIDE，就有可能明确地测试几个预测这种偏差的著名理论模型，例如：Diósi-Pensrose模型，Ghirardi，Rimini，Weber和Pearle的连续自发局部化模型，以及Károlyházy模型。
2013-07-26 quant-ph
Asymmetric quantum Rabi model, trap-dipole resonance, and quantum gates with optically trapped ultracold polar molecules
Center for Theoretical Physics and School of Physics and Optoelectronic Engineering, Hainan University（海南大学理论物理中心及物理与光电工程学院）
本文发现光阱中超冷极性分子的量子化运动可实现非对称量子拉比模型，并导致陷阱-偶极共振，通过引入快速iSWAP门和任意控制相位门，实现了高保真度的量子计算。
2026-05-22 quant-ph
Gate fidelity, dephasing, and "magic" trapping of optically trapped neutral atom
门操作的保真度和被囚禁在光偶极阱中的中性原子的相干时间是应用的优点。囚禁原子的运动是影响门保真度和相干时间的关键因素之一。在分析这种影响时，将该运动视为经典振子。这里我们把原子的运动看作量子振荡器。在分析量子门的保真度和退相干时，考虑了原子振动态的布居数。我们表明，相干旋转门的保真度是显着的热囚禁原子的温度限制。我们还证明了如果微分频移稳定且振动态不发生变化，则由于原子热运动引起的两个超精细态之间的退相可以自然地再相位化。还讨论了陷阱激光强度起伏引起的退相干。通过将原子冷却到振动基态和/或使用蓝失谐陷阱，可以显著提高门保真度和相干时间。更重要的是，我们提出了一个“魔术”的捕获条件，准备原子进入特定的振动状态。
2022-08-01 quant-ph
Suppression of Dephasing of Optically Trapped Atoms
超冷原子被囚禁在光学偶极阱中，并处于超精细基态的相干叠加态，当它们与环境相互作用时会产生退相干。我们证明，在“回波”实验中，这是由机制，如瑞利散射，可以抑制使用一个新的脉冲序列的相干性损失。我们还表明，相干时间，然后有限的混合到其他振动能级的陷阱和有限寿命的内部量子态的原子。
2003-07-29 physics.atom-ph quant-ph
Self-trapped quantum walks
本文研究了离散时间量子行走中自陷现象的存在性和性质。通过考虑一个克尔非线性，我们关联收购的强度依赖的相位的步行者，而它在晶格上传播。通过调整非线性参数（$χ$）和量子门（$θ$），我们将证明不同的量子行走区域的存在，包括具有类旅行孤子结构的区域和通过自陷而定域的区域.后一种情况对于足够接近保利-X的量子门是不存在的。当量子门更接近Pauli-Z时，它出现在中间构型中并成为主导。通过使用$χ$与$θ$图，我们将表明，与离域或本地化制度的量子行走之间的阈值表现出一个不寻常的方面，其中的非线性强度的增量可以诱导系统从本地到离域制度。
2019-11-25 quant-ph
Adiabatic Quantum State Manipulation of Single Trapped Atoms
我们使用微波诱导绝热通道内的光学囚禁单个中性Cs原子的字符串的选择性自旋翻转。我们利用磁场梯度使原子的跃迁频率随位置变化。为了翻转选定原子的自旋，我们用光学方法测量它的位置，并在其各自的共振频率上扫描微波频率。我们分析了该方案的寻址分辨率和实验鲁棒性。此外，我们表明，绝热自旋翻转也可以诱导与一个固定的微波频率确定性运输的原子通过共振的位置。
2005-05-31 quant-ph
Single photons emitted by nano-crystals optically trapped in a deep parabolic mirror
研究了深抛物柱面镜聚焦下CdSe/CdS点棒的单光子发射。由于这个镜子，我们能够成像几乎全部的4 $π$发射模式的纳米尺寸的基本偶极子和验证的光阱内的棒的对齐。从陷阱中的发射体的运动动力学，我们推断，单光子发射发生从集群包括几个发射体。我们证明了光学捕获的棒状量子发射器的配置适合于有效地耦合的线性偶极子与自由空间中的电磁场的合奏。
2020-01-14 physics.optics quant-ph
Fano Resonance in Excitation Spectroscopy and Cooling of an Optically Trapped Single Atom
本研究针对光阱中单中性原子的冷却需求，采用电磁感应透明（EIT）技术实现冷却，在荧光激发光谱中观测到Fano共振，最终温度达约6 μK，较偏振梯度冷却效果提升一倍。
2023-12-11 physics.atom-ph quant-ph
Hyperfine Spectroscopy of Optically Trapped Atoms
我们对囚禁在远离共振光阱中的$^{85}$ Rb原子的超精细分裂进行了光谱研究。存在的空间依赖的移位的能级示出诱导固有的退相效应，这会导致光谱线的加宽，因此在一个更快的速率比均匀的自发光子散射所造成的原子相干性的非均匀损失。我们在这里提出了一些方法来减少这种不均匀的加宽，陷阱的几何形状，额外的激光场，和新颖的微波脉冲序列的基础上。然后，我们展示了如何超精细光谱可以用来研究光囚禁原子的量子动力学。
2004-09-28 cond-mat.soft nlin.CD physics.atom-ph
Triply magic conditions for microwave transitions of optically trapped alkali-metal atoms
我们发现了光阱碱金属原子微波跃迁的“三幻”条件（光偶极阱的双幻频率-强度条件加上幻磁场）。采用简并双光子过程引起的差分光频移（DLS）来补偿单光子过程引起的DLS。此外，由于DLS与线偏振光偶极阱中的磁场无关，因此可以独立地应用磁场的魔性条件。因此，“三重魔法”的条件可以同时实现。我们还通过实验证明了双幻数频率-强度条件以及与磁场的独立性。当满足三重幻数条件时，光阱原子的非均匀退相干和均匀退相干都将得到显著抑制，相干时间也将得到显著延长。
2020-01-14 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Model of Cooling and Force Sensing With an Optically Trapped Nanoparticle
光学捕获纳米粒子最近出现了令人兴奋的候选人测试的量子力学在宏观尺度和作为多功能平台的超灵敏度计量。最近的实验已经证明了参数反馈冷却，非平衡物理和温度检测，都在经典制度。在这里，我们提供了第一个量子模型被困纳米粒子冷却和力传感。与现有的理论相比，我们的工作表明，纳米机械基态可以在不使用光学谐振器的情况下制备;冷却机制对应于非线性摩擦;并且冷却过程中的能量损失在时间上是非指数的。我们的研究结果与实验数据在经典极限下表现出很好的一致性，并为旨在制备基态的实验提供了一个基本的理论框架。我们的理论还解决了力感测的优化和基本量子极限，从而为使用悬浮纳米粒子进行超弱力的持续搜索提供了理论方向。
2015-12-14 physics.optics quant-ph
Process tomography of dynamical decoupling in a dense optically trapped atomic ensemble
原子系综在量子信息科学中有许多潜在的应用。由于集体增强，在高密度下使用系综增加了量子操作的整体效率，但同时也增加了碰撞率并导致更快的退相干。在这里，我们报告的实验与光学捕获的87 Rb原子演示了20倍的相干时间增加时，应用动态去耦序列与超过200 π脉冲。我们进行量子过程层析成像，并表明，使用去耦方案的光学深度为230的密集系综可以用作原子存储器的相干时间超过3秒。
2010-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus quant-ph
Transition strength measurements to guide magic wavelength selection in optically trapped molecules
具有长相干时间的分子的光捕获对于量子信息和计量学中的许多协议是至关重要的。然而，限制被捕获分子寿命的因素仍然难以捉摸，需要对潜在的分子结构有更好的理解。在这里，我们表明，在弱的和深绑定的$^{88}$锶$_2$分子，结合\textit{ab initio}计算的振动线强度的测量，允许明确识别振动量子数。这反过来又使得能够构建精细的激发势能曲线，这些曲线可以选择有利于长振动相干性的魔波长。我们证明了拉比振荡之间的远分离的振动状态，持续近100毫秒。
2020-05-25 physics.atom-ph quant-ph
Resolved Raman sideband cooling of a single optically trapped cesium atom
提出一种对磁场不敏感的分辨拉曼边带冷却方案，通过单一超精细态内双光子拉曼过程，在50毫秒内使82%的单光阱铯原子达到三维运动基态，提升了长期稳定性。
2024-01-01 physics.atom-ph quant-ph
Survival probability in a one-dimensional quantum walk on a trapped lattice
研究了具有随机分布吸收固定陷阱的一维晶格上量子步行者的生存概率动力学。比较了量子步行者和经典步行者的生存概率。数值和解析观测结果表明，量子步行者的生存概率随时间的变化具有分段拉伸的指数特性，依赖于陷阱的密度。Rosenstock和Donsker-Varadhan行为的量子类似物之间的交叉被确定。
2011-03-31 cond-mat.dis-nn quant-ph
Atom-molecule collisions in an optically trapped gas
在CO $\_2$激光偶极阱中研究了铯原子与铯$\_2$分子的冷非弹性碰撞.非弹性原子-分子碰撞可以用速率系数$\sim 2.5 \times 10^{-11} $ cm $^3$ s $^{-1}$观测和测量，主要与分子振转态的布居无关。纯原子和分子样品的寿命基本上受到静止气体碰撞的限制。纯分子陷阱的寿命范围为0.3 -1秒，比原子陷阱小四倍，这也是在纯磁陷阱中观察到的。我们给出了分子-分子非弹性碰撞速率的估计为$\sim 10^{-11}$ cm $^{3}$ s $^{-1}$ .
2005-09-23 physics.atom-ph quant-ph
Near-ground-state cooling of atoms optically trapped 300nm away from a hot surface
激光冷却原子与纳米光子结构的耦合为探索光-物质相互作用的新机制提供了一个强大的研究平台。虽然这些系统中的原子内部自由度的初始化已经实现，但原子量子态的完全准备还需要在量子水平上控制原子的质心运动。由于原子与处于环境温度下的光子系统非常接近，因此获得这种控制并不简单。在这里，我们展示了冷却的个别中性铯原子，这是光学接口的光在光学晶体，准备他们接近其三维运动基态。原子局域化距离热纤维表面小于300 nm。通过简并拉曼冷却实现了原子的基态制备，并通过对外差荧光光谱信号的分析推断了原子温度。我们的冷却方法可以通过外部施加或引导光场来实现。此外，它依赖于强烈限制的引导光场自然发生的偏振梯度。因此，该方法可以在基于纳米光子结构的任何阱中实现。我们的研究结果提供了一个理想的起点，如光诱导自组织，测量新的光学力，并在纳米尺度上使用量子探针的热传递的调查研究的新效果。
2017-12-15 quant-ph
Optically induced sieve effect for nanoparticles near a nanofiber taper
我们证明了尺寸选择性的光学捕获和运输纳米粒子附近的光锥。使用一个双波长，反向传播模式配置，我们表明，100 nm直径和150 nm直径的金纳米球（GNS）被捕获的渐逝场在不同的光功率的锥形区域。相反，当一种纳米颗粒物质被捕获时，另一种可以被运输，导致筛状效应。我们的研究结果表明，复杂的光学操纵可以实现在一个被动的配置，利用模式行为的纳米光子器件。
2021-03-16 quant-ph
Investigating the quench dynamics of the bound states in a spin-orbital coupling system using a trapped ion
量子行走作为经典随机行走的量子模拟，为研究拓扑现象和非平衡动力学提供了一个可行的平台。在这里，我们提出了一个新的方案来实现量子行走与一个单一的被困离子的Fock态提供的行走空间和零声子态$\left|n=0\right\rangle $作为其自然边界。因此，我们的计划提供了独特的机会，调查相应的拓扑系统的束缚态的动力学。特别地，可以通过调整体参数和局部边界算子来广泛地研究束缚态的猝灭动力学，这是实验上可以实现的。我们的建议不仅提供了一个新的途径来探索的性质的束缚态的拓扑系统，而且提供了一种方法来确定不同的相位通过动力学过程。
2020-09-09 quant-ph
Collective scattering and oscillation modes of optically bound point particles trapped in a single mode waveguide field
激光的集体相干散射在可极化的点粒子之间产生强的光力。这些偶极力在光波导的场中在幅度和距离上被强烈增强，使得在低温下粒子以强约束的规则图案自排序。静止配置通常表现出具有强粒子和光约束的超辐射散射。在这里，我们研究的集体激发的自洽晶体粒子光结构的粒子数和泵强度的函数。多重散射和吸收改变了集体粒子场的本征频率，并产生了令人惊讶的复杂性质的本征模。对于较大的阵列，这往往会导致动态不稳定性和解体的结构，即使额外的阻尼存在。
2015-09-04 physics.optics quant-ph
Quantum walker trapped by self-similarity of the Sierpiński carpet
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）
该研究对比了分形结构（谢尔宾斯基地毯）与均匀晶格上单个量子粒子的动力学，发现分形晶格会使粒子被自相似地捕获在初始位置附近，而均匀晶格上粒子会弹道式到达对角。
2026-08-06 quant-ph
Optomechanics of Levitated Dielectric Particles
本文综述了近年来真空中光阱微球和纳米粒子的光力学研究工作，这些研究为宏观量子力学和超灵敏力检测提供了理想的系统。真空中的光学捕获粒子具有机械质量品质因数，因为它与热环境良好隔离。它的振荡频率可以通过改变捕获激光器的功率来实时调谐。此外，真空中的光学捕获粒子可以自由旋转，这是一种在箝位机械振荡器中不存在的独特性质。本文主要介绍了空气和真空中介质粒子的光阱研究现状，室温下介质粒子的布朗运动，布朗运动的反馈冷却和腔冷却。我们也将讨论利用光阱介电粒子来研究宏观量子力学和超灵敏力检测。应用范围从创建宏观薛定谔猫态，测试量子波函数的客观坍缩模型，测量卡西米尔力，搜索短程非牛顿引力，以检测引力波。
2013-08-21 physics.optics quant-ph
Experimental simulation and limitations of quantum walks with trapped ions
我们研究的前景与囚禁离子的离散量子行走（QWs）。特别是，我们详细分析了Travaglione和Milburn（PRA 2002），近年来已实施的几个实验组的协议的局限性。基于我们小组的第一个实现（PRL 2009），我们研究了离开最初近似范围的后果，例如Lamb-Dicke近似。我们解释了相应的偏离理想化量子阱不同的实验实现和越来越多的步骤，考虑到高阶项的量子演化。事实证明，这些在几个步骤之后已经成为主导，这已经被实验结果所证实，并且目前限制了这种方法的可扩展性。最后，我们提出了一个新的方案，使用短激光脉冲，来自量子计算领域的协议。我们表明，新的计划是不受上述限制，并分析和数值评估其局限性，基于现实的实现与我们的具体设置。实现与国家的最先进的技术的协议，应允许大幅增加的步骤数为100和超越，并应可扩展到更高的维度量子阱。
2011-08-03 quant-ph
Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
针对水溶液环境中纳米尺度传感的挑战，提出在光捕获荧光纳米金刚石中利用氮空位中心进行弛豫测量，实现对顺磁离子Gd3+的高度可重复纳摩尔灵敏度检测，并结合理论模型为生物相关条件下的顺磁离子传感奠定基础。
2024-11-20 physics.bio-ph quant-ph
Extended coherence time on the clock transition of optically trapped Rubidium
光阱系综对于频率测量和量子存储器是至关重要的，但通常由于不均匀的密度和光位移而遭受强烈的失相。我们证明了一个急剧增加的相干时间为21秒的磁场不敏感的时钟过渡的Rb-87应用最近发现的自旋自重相。这一结果证实了这种新机制的一般性质，从而表明它在原子钟和量子存储器中的适用性。对所有相关频移和噪声贡献的系统研究得出2.4E-11 x tau^（-1/2）的稳定性，其中tau是积分时间，单位为秒。基于一系列的技术改进，预计所提出的频率标准可以在一个潜在的更紧凑的设置中与微波喷泉钟的稳定性相媲美。
2011-03-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Controlled Collisions for Multiparticle Entanglement of Optically Trapped Atoms
纠缠是量子力学的核心，近年来已被确定为量子信息处理和计算的重要资源。因此，创造高度纠缠的多粒子态是现代实验量子力学最具挑战性的目标之一，涉及基本问题以及实际应用。在这里，我们报告的实验实现的控制碰撞单个相邻的中性原子被困在周期性的光晶格的潜力。这些受控的相互作用充当晶格中相邻原子之间的量子门阵列，并且它们的大规模并行操作允许在单个操作步骤中创建高度纠缠态，而与系统的大小无关。在实验中，我们观察到了多体系统中的相干纠缠-解纠缠演化依赖于相邻原子碰撞过程中获得的相移。这种动力学表明了高度纠缠的多体状态，为理论和实验提供了新的机会。
2003-08-14 cond-mat.soft quant-ph
Quantum-enhanced deliberation of learning agents using trapped ions
一个计划，成功地采用量子力学的自主学习代理的设计最近被报道的投影模拟（PS）模型的人工智能的背景下。在这种方法中，PS代理的关键特征，通过随机游走探索的特定类型的记忆，被证明是可以量化的。特别是，经典的随机游动被赛格迪型量子游动所取代，从而允许加速。在这项工作中，我们提出了这样的经典和量子代理可以实现在系统中的被困离子。我们采用了一个通用的建设，经典的代理“升级”到他们的量子对应的嵌套相干控制，我们概述了这种建设可以实现离子阱。我们的研究结果提供了一个灵活的模块化架构的PS代理的设计。此外，我们提出了简单的PS代理分析我们的建议在一定的噪声模型下的鲁棒性的数值模拟。
2015-01-31 quant-ph
Sympathetic Cooling of Trapped Cd+ Isotopes
我们通过直接多普勒冷却114 Cd+离子在同一个陷阱中同情地冷却被捕获的112 Cd+离子。这是第一次演示的光学寻址一个单一的被困离子被同情冷却的不同种类的离子。值得注意的是，该实验使用单个激光源，并且不需要强聚焦。这为减少基于Cd+同位素的离子阱量子计算机中的退相干铺平了道路。
2001-12-14 quant-ph
Coherent scattering of low mass dark matter from optically trapped sensors
我们提出了一个寻找低质量的暗物质粒子通过动量反冲所造成的散射被困，纳米尺度的对象。我们的预测表明，即使有一个适度的fg质量传感器阵列，参数空间超出了现有的实验可以探索。较小的情况下，银质量传感器也进行了分析-其中暗物质可以相干地从整个传感器散射-使散射截面相对于与单个原子核的相互作用有很大的增强。这种传感器的大型阵列有可能探索新的参数空间低至10千电子伏的暗物质质量。如果这种传感器探测到来自暗物质的反冲，它们固有的方向灵敏度将允许明确识别暗物质信号。
2022-03-09 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Hierarchical dimensional crossover of an optically-trapped quantum gas with disorder
在任何试图建立低维物理学的尝试中，交叉性都是不可或缺的成分，在基础水平上研究维度交叉是具有挑战性的。本文的目的是研究层次维度交叉，即从三维到准二维再到一维的交叉。我们的系统包括一个3D玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）被困在一个各向异性的二维光晶格，其特征在于晶格深度$V_1$沿$x$方向和$V_2$沿$y$方向，分别通过$V_1$和$V_2$控制的层次维度交叉。我们解析地导出了系统的基态能量、量子损耗和超流密度。我们的结果表明了量子涨落行为中的3D-quasi-2D-1D维交叉。我们的方案可能的实验实现的条件进行了讨论。
2022-11-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
A superconducting on-chip microwave cavity for tunable hybrid systems with optically trapped Rydberg atoms
本文面向超导片上微波电路与光阱超冷原子混合系统，优化超导芯片和微波腔设计以实现对铷原子里德伯跃迁的可调谐强耦合，并通过实验表征腔特性，为在稀释制冷机中实现接近强耦合的混合量子平台奠定基础。
2025-03-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Spin-based magnetic detection of optically trapped single cell in microfluidic channel
Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
本文提出一种结合量子磁力计与光学镊子的磁学检测方法，用于高精度单细胞分析，能有效克服生物组织中的荧光检测挑战。
2026-04-05 physics.optics quant-ph
Pulsed force sequences for fast phase-insensitive quantum gates in trapped ions
我们展示了如何创建任意速度之间的被困离子的量子门，使用激光行走波，与完全不敏感的光学相位漂移，只需要冷却到兰姆-迪克制度。我们提出的脉冲序列，满足要求，很容易在实验室中产生。
2013-12-19 quant-ph
Multiplexed quantum repeaters based on dual-species trapped-ion systems
被捕获的离子形成用于量子信息处理的先进技术平台，其具有长量子位相干时间、高保真量子逻辑门、光学活性量子位以及在保持量子位之间的高水平连接性的同时按比例放大尺寸的潜力。这些特性使它们不仅对量子计算有吸引力，而且对量子网络也有吸引力。专用的、特殊用途的捕获离子处理器结合合适的互连硬件可以用于形成量子中继器，其使得能够在网络中的远程捕获离子量子计算机之间进行高速率量子通信。在这方面，已经提出了具有两种不同种类的离子的混合陷阱用于纠缠分布，其中一种离子种类可以产生离子-光子纠缠，这对于与网络的光学接口是有用的，而另一种离子种类具有长的存储寿命，对于量子比特存储是有用的。我们考虑一个架构的中继器的基础上，这样的双物种捕获离子系统。我们提出并分析了一个协议的基础上的空间和时间模式复用的纠缠分布在这样的中继器的线网络。我们的协议提供了增强的速率相比，以前报告的速率为这样的中继器。我们确定在中继器所需的离子资源，以达到增强的速率，以及最佳的速率时，可达到的限制被放置在中继器的数量和每个中继器的离子的数量。我们的研究结果支持了短期捕获离子系统作为长距离量子通信的量子中继器的情况。
2022-02-26 quant-ph
Single atom quantum walk with 1D optical superlattices
提出了一种利用冷原子技术实现量子行走的方案。它由一个原子被囚禁在时变光学超晶格中组成。详细介绍了所需的元素，包括准备过程，量子行走演化和最终测量所需的操作。这些程序原则上可以用现有技术实现。
2006-06-11 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
Electron spin resonance of nitrogen-vacancy centers in optically trapped nanodiamonds
使用光镊装置，我们展示了三维控制的纳米金刚石在溶液中的同时读出的基态电子自旋共振（ESR）跃迁的金刚石氮空位（NV）的颜色中心的合奏。尽管运动和随机取向的NV中心悬浮在光阱中，我们观察到不同的峰在测量的ESR光谱定性类似于相同的测量散装。考虑到随机动力学，我们模拟了在外部施加的磁场中观察到的ESR谱，以使溶液中的直流磁力测定法成为可能。根据ESR谱线形状的变化，我们估计直流磁场灵敏度约为50微特斯拉/赫兹^[1/2]。该技术可以提供用于在流体环境和生物物理系统中进行基于自旋的磁、电和热感测的途径，现有的扫描探针技术无法实现该途径。
2012-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Millikelvin cooling of an optically trapped microsphere in vacuum
广义相对论和量子力学之间的明显冲突仍然是物理世界中未解之谜之一。根据最近的理论，这种冲突导致引力诱导的“薛定谔猫”的量子态约化，即宏观观测量的量子叠加。近年来，微机械谐振器冷却到量子基态的研究取得了很大进展。这项工作是在实验室中创造薛定谔猫的重要一步，也是研究它们被退相干破坏的重要一步。因此，对引力引起的状态还原的直接测试可能是触手可及的。然而，最近的一项分析表明，对于迄今为止报道的所有系统，量子叠加在引力态约化生效之前很久就被环境退相干破坏了。在这里，我们报告的光学捕获的玻璃微球在真空中具有高的振荡频率，和冷却的质心运动从室温到最低温度为1.5 mK。这种新的系统消除了夹持杠杆固有的物理接触，并可以允许从室温到地面状态的冷却。冷却后，光阱可以关闭，使微球在真空中自由下落。在自由落体过程中，没有光散射和其他环境退相干源，因此该系统是研究引力态约化的理想系统。在真空中冷却的光学捕获物体也可以用来寻找小尺度下的非牛顿引力，测量单个空气分子的影响，甚至产生活生物体的薛定谔猫。
2011-01-07 gr-qc quant-ph
Quantum random walks in optical lattices
我们提出了一种利用囚禁在光晶格中的中性原子实现离散量子无规行走的实验方法。随机游走发生在位置空间和实验实施与目前的技术-甚至使用现有的设置-似乎是可行的。我们分析了实验中可能存在的缺陷的影响，并研究了从量子随机行走到经典随机行走的过渡，以增加误差和退相干。
2002-07-24 quant-ph
Prospects for single photon sideband cooling of optically trapped neutral atoms
我们提出了一种新的冷却方案，实现单光子边带冷却的粒子被困在一个依赖于状态的光学势。我们开发了一个主速率方程从头算模型，并发现在实验可行的条件下，它是可能的，以大幅减少振动能级的平均占用数，通过施加频率扫描的冷却激光，顺序冷却所有的运动状态。值得注意的是，当粒子在其内部基态中经历比在其激发态中更深的陷阱时，这种冷却方案也起作用，这是常规的单光子边带冷却不起作用的条件。在我们的分析中，我们考虑了两种情况：一个两级粒子限制在一个光镊和锂原子限制在一个光晶格，并找到在这两种情况下有效冷却的条件。该模型的结果得到了系统汉密尔顿量的全量子蒙特卡罗模拟的证实。我们的研究结果提供了一个替代的冷却方案，可以适用于任何粒子，例如原子，分子或离子，限制在一个依赖于状态的光学势。
2021-07-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph 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
Strongly trapped space-inhomogeneous quantum walks in one dimension
定域化是一维空间非均匀量子行走的一个特征现象，其中粒子保持在其初始位置附近。时间演化算子特征值的存在是局部化发生的充分必要条件，其相关特征向量与局部化量有着深刻的关系，即，步行者在长时间限制内停留在起始位置附近的概率。在作者先前的研究中，使用转移矩阵研究了具有一个缺陷的两相量子行走的本征值，该转移矩阵专注于局域化的发生（Quantum Inf. Process 20（5），2021）。在本文中，我们介绍了分析方法来计算本征向量使用的传输矩阵，也扩展了我们的结果来表征本征值不仅为两相量子行走的一个缺陷，但也为更一般的空间非均匀模型。利用这些结果，我们定量地评估本地化和研究强捕获性能，通过推导的时间平均极限分布的五个模型研究以前。
2021-10-31 math-ph math.MP quant-ph
Trapped-ion quantum logic gates based on oscillating magnetic fields
振荡磁场和场梯度可以用于实现单量子比特旋转和纠缠多量子比特量子门，用于捕获离子量子信息处理（QIP）。随着在微制造的表面电极陷阱的电流产生的字段，它应该是可能的，以实现门的速度是可比的光诱导门的离子晶体和电极表面之间的现实距离。磁场介导的门有可能显着减少开销的激光束控制和运动状态初始化相比，目前的QIP实验与捕获离子，并将消除自发散射，在激光介导的门退相干的基本来源。
2008-05-14 quant-ph
Multiplexed bi-layered realization of fault-tolerant quantum computation over optically networked trapped-ion modules
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀恩特光学科学学院）；A. James Clark School of Engineering, University of Maryland（马里兰大学A·詹姆斯·克拉克工程学院）
研究基于光网络离子阱模块的容错测量量子计算架构，采用空间和时间多路复用生成拓扑保护的RHG团簇态，并分析双层实现中的码周期时间和离子资源需求。
2024-11-13 cs.DC quant-ph
