Diffusion Monte Carlo calculations for the ground states of atoms and ions in neutron star magnetic fields
将扩散量子蒙特卡罗方法推广到求解强磁场中多电子原子和离子的老理论物理问题。我们的方法的特点是用绝热近似波函数加一个Jastrow因子作为引导函数来初始化量子MonteCarlo过程。本文计算了带Z= 2，3，4，.的核电荷的原子和离子的基态能量，对于与中子星相关的磁场强度，
2007-11-30 quant-ph
KLM quantum computation with bosonic atoms
本文提出了一种利用玻色中性原子或玻色离子的Knill-Laflamme-Milburn（KLM）型量子计算。至关重要的是，与其他涉及原子（离子）的量子计算方案相反，不需要原子（离子）之间涉及其内部能级的受控相互作用。与光子KLM计算相比，该方案具有单原子（离子）源比单光子源更自然，单原子（离子）探测器比单光子探测器更有效的优点。
2006-10-06 quant-ph
High-fidelity local addressing of trapped ions and atoms by composite sequences of laser pulses
量子计算机的一个重要要求是能够在不影响邻居的情况下，以高保真度本地寻址任何量子位。我们提出了一种使用激光脉冲的复合序列的寻址方法，该方法大大减少了在紧密间隔的原子或离子的晶格中的寻址误差，并且同时显著增强了量子比特操纵的鲁棒性。为此，我们为最重要的单量子比特操作设计了新颖的高保真复合脉冲。原则上，这种方法允许人们超越衍射极限，因为只有位于激光束中心周围的小空间区域内的原子才能被激发，正好在激光束腰内。
2011-06-01 quant-ph
A New Mechanism for Sympathetic Cooling of Atoms and Ions in Atomic and Ion-Atomic Traps
用玻色原子作为缓冲气体对费米气体进行交感冷却是实现费米系统量子简并的有效途径。然而，直到最近，所有使用这种方法来冷却离子的尝试都是无效的，因为电磁Paul阱中的不可移除的离子“微动”，这阻止了许多冷原子-离子系统的热项目的实现。在这方面，我们提出了一种新的有效的方法，用于离子的交感冷却：为此目的，在原子-离子约束诱导共振（CIR）区域中使用冷缓冲原子[V.S. Melezhik，Phys.Rev.A103，53109（2021）]。我们表明，“微动”的交感冷却的破坏性影响，但是，可以被抑制在附近的原子-离子CIR。在这里，原子与离子的近距离碰撞的共振阻挡也抵抗了由于“微动”引起的加热。本文以Li-Yb $^+$和Li-Yb受限系统为例，采用量子准经典方法研究了原子-离子和原子-原子受限碰撞中共振环周围的交感冷却效应.在这种方法中，冷原子的薛定谔方程与碰撞过程中较热的重离子或原子的经典Hamilton方程同时积分。我们发现在原子-离子混合阱中，冷原子对离子的共振冷却是可能的。我们还表明，它是可能的，以提高效率的交感冷却原子陷阱，通过使用原子CIR。
2021-12-15 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
Structure of the Alkali-metal-atom-Strontium molecular ions: towards photoassociation and formation of cold molecular ions
用量子化学方法测定了由一个碱金属原子和一个锶离子组成的分子离子的势能曲线、永久和跃迁偶极矩以及静态偶极极化率。分子离子被视为有效的双电子系统，并处理使用有效的核心电位，包括核心极化，大高斯基组，和全组态相互作用。在即将到来的旨在合并冷原子和冷离子阱的实验的角度，辐射电荷交换，冷锂或铷原子和锶离子的光缔合的可能途径进行了讨论，以及稳定的分子离子的形成。
2011-02-24 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
Nanoscale spin detection of copper ions using double electron-electron resonance at room temperature
本文报道了在室温和低磁场条件下，利用金刚石中的单自旋电子-电子双共振技术，对铜离子（Cu $^{2+}$）的纳米级自旋探测和电子顺磁共振（EPR）谱进行了研究。我们意外地测量窄EPR共振线宽$\sim 2-3$ MHz的氯化铜分子溶解在聚赖氨酸。我们还观察到单个Cu $^{2+}$离子的相干Rabi振荡和超精细分裂，这可以用于动态核自旋极化和更高灵敏度的自旋探测。我们解释和分析这些观察使用自旋哈密顿模型的氯化铜分子和数值模拟的预测鹿的响应，并获得一个感测体积$\sim (250 \text{nm})^3$。这项工作将打开大门，铜标记的EPR测量环境条件下的生物分子和纳米材料。
2021-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state preparation and control of single molecular ions
制备处于静止状态和高纯度量子态的分子是化学和物理学中的一个长期梦想，到目前为止，只有在专门的实验装置中选择一组分子才能实现。在这里，质谱和拉曼光谱的量子限制的组合，提出了应适用于广泛的分子离子。避免了分子中电子的激发，随后是不受控制的衰变和分支成几个较低的能量状态。相反，分子总是连接到电子和振动基态流形内的旋转状态，而共同捕获的原子离子提供了有效的熵去除，并允许提取分子上的信息。所概述的技术可以使得能够用相同的仪器制备、操纵和测量大量的分子离子种类，其应用包括但不限于分子性质的精确测定和物理学的基本测试。
2011-10-18 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.ins-det
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
Quantum non-demolition state detection and spectroscopy of single trapped molecules
被囚禁的原子和离子是最好的受控量子系统之一，在量子信息、传感和计量等领域有着广泛的应用。然而，对于分子，由于其复杂的能级结构，目前缺乏类似程度的控制。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的一种有希望的途径，特别是对于与黑体辐射去耦的同核分子。在这里，一个量子非拆除协议上的单个被困N $_2^+$分子证明。的自旋-旋转振动态的分子被检测到具有超过99%的保真度和光谱跃迁的分子中的位置和强度被确定，都没有破坏分子的量子态。本方法为分子精密光谱学的新方法、单分子水平上的状态到状态化学以及分子量子比特的实现奠定了基础。
2019-10-25 physics.atom-ph physics.chem-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
Measurement of collisions between rubidium atoms and optically dark rubidium ions
测量了磁光阱中激光冷却的铷原子与重叠Paul阱中光学暗的铷离子的碰撞速率系数。在这样的混合物中，离子由MOT原子产生并允许在离子阱中积累，这导致稳态MOT原子的数量显著减少。建立了一个理论速率方程模型来描述MOT原子数的演化，由于电离和离子-原子碰撞，并推导出离子-原子碰撞速率系数的表达式。系统地研究了MOT原子的损失，通过在实验中顺序地打开各种机制。结合模型的测量，可以直接确定离子-原子碰撞速率系数。最后，这里开发的实验技术的范围进行了讨论。
2013-04-09 physics.atom-ph quant-ph
On the isotopic shifts in the light two-electron atoms and ions
同位素位移的测定，以高精度的一些轻的双电子离子。这些同位素位移的场分量已被确定与使用的精确的Rachah-Rosental-Breit公式。
2013-03-02 physics.atom-ph quant-ph
Trapping Ions and Atoms Optically
从环境中隔离中性和带电粒子在精密实验中至关重要。几十年来，这一直是通过用射频（rf）场捕获离子和用光场捕获中性粒子来实现的。最近，已经证明了通过与光的相互作用来捕获离子。这可能允许结合光学捕获和离子的优点。例如，通过叠加光阱来研究在没有任何射频场的情况下的离子和原子的集合，以及受益于光晶格所具有的多功能和可扩展的捕获几何形状。特别是，离子提供了单独的可寻址性，电子和运动自由度，可以通过高保真度，状态相关的操作进行相干控制和检测。它们的长程库仑相互作用明显大于中性原子和分子。这为研究囚禁离子和原子的超冷相互作用和化学反应提供了条件，同时也为更高维的实验量子模拟提供了一个新的平台。这一专题审查的目的是介绍最先进的技术，并讨论当前的挑战和新兴领域的前景。
2021-05-03 physics.atom-ph quant-ph
Generation of entangled states for many multilevel atoms in a thermal cavity and ions in thermal motion
提出了一种在热腔中产生两个或多个多能级原子纠缠态的方案。在强经典场的辅助下，有效汉密尔顿中与光子数相关的部分被取消。因此，该方案是不敏感的腔衰减和热场。该方案不需要单独寻址腔中的原子。该方案也可以用来产生许多热多能级离子的纠缠态。
2012-02-24 physics.optics 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
Excitation of heavy hydrogen-like ions by light atoms in relativistic collisions with large momentum transfers
我们提出了一个理论，在碰撞中的动量转移到原子是非常大的原子尺度上的轻靶原子激发重类氢射离子。结果表明，在这个过程中，电子和原子核的行为作为（准）自由粒子相对于彼此和它们的运动是由离子核的场。这个场对原子粒子的影响对于原子的电子引起的离子激发的贡献是至关重要的。然而，由于核质量相对非常大，在计算原子核对激发的贡献时可以忽略该场。
2012-03-16 physics.atom-ph quant-ph
Improved placement precision of implanted donor spin qubits in silicon using molecule ions
本文提出用PF$_2^+$分子离子替代单原子进行确定性离子注入，以提高硅中P施主自旋量子比特的放置精度，并证明F在退火后远离有源区且量子比特相干性能保持优异。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Emulating Solid-State Physics with a Hybrid System of Ultracold Ions and Atoms
我们提出并从理论上研究了一个由晶体囚禁离子耦合到超冷费米子云组成的混合系统。离子形成周期性晶格并在原子中诱导出能带结构。该系统结合了超冷原子系统的可扩展性和可调谐性的优点，以及捕获离子系统提供的高保真度操作和检测。它还具有与自然固态系统的密切类比，因为原子的自由度耦合到离子晶格的声子，从而模拟固态系统。从微观多体哈密顿量出发，导出了包含原子能带结构的低能哈密顿量，并给出了原子-声子耦合的表达式。我们讨论了可能的实验实现，如Peierls样过渡到一个周期加倍二聚状态。
2013-08-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Hybrid quantum systems of ions and atoms
在这一章中，我们回顾了囚禁离子和超冷中性原子混合系统实验的进展。我们给出了一个理论概述的原子-离子相互作用的冷制度，并给出了最重要的实验结果的总结。最后，我们概述了剩余的开放的挑战和可能的应用在离子和中性原子的混合量子系统。
2014-01-14 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Optical Traps for sympathetic Cooling of Ions with ultracold neutral Atoms
我们报道了在没有任何射频场的情况下，超冷中性$ \text{Rb}$原子和$ \text{Ba}^+ $离子在一个共同的光学势中的俘获。我们以$ 370 ~ μK $制备了$ \text{Ba}^+ $，并证明了一次碰撞后$100 ~ μK $的有效交感神经冷却。我们的方法目前受到$ \text{Rb}$密度和相关三体损耗的限制，但它克服了由RF驱动的微动感应加热设置的RF陷阱的基本限制。它适用于广泛的离子-原子物种，并可能使新的超冷化学实验和复杂的多体动力学。
2019-09-18 physics.atom-ph quant-ph
Non-destructive detection of ions using atom-cavity collective strong coupling
我们提出了一种基于耦合到光学腔的原子的技术，用于对捕获离子进行无损检测。我们证明了真空拉比分裂（VRS），由于超冷Rb原子的集体强耦合到一个腔，改变存在的被困Rb+离子。Rb+离子是光学暗的，Rb原子是在暗磁光阱（MOT）中制备的。VRS是在最初暗的Rb原子的光学开放跃迁上测量的。测量本身是快速的，非破坏性的，并有足够的保真度，允许测量原子态选择性离子-原子碰撞率。该演示说明了一种基于原子-腔耦合的方法来测量两个粒子的相互作用一般和非破坏性。
2016-11-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Phonon-mediated quantum gates in trapped ions coupled to an ultracold atomic gas
针对超冷原子气体中囚禁离子的声子介导量子门，建立主方程揭示运动退相干与缓冲气体冷却机制，并提出通过调节原子-离子散射长度兼顾门操作和长期制冷。
2024-12-06 cond-mat.quant-gas 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
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
Hybrid Trapping of $^{87}$Rb Atoms and Yb$^{+}$ Ions in a Chip-Based Experimental Setup
将激光冷却的囚禁离子和超冷量子气体结合在一个实验装置中的混合量子系统，开辟了一个快速发展的研究领域，包括量子化学、极化子物理、量子信息处理和量子模拟。我们提出了一个完全开发和测试的离子阱芯片，并提出了一个平面芯片陷阱，可以放置在离子阱下面。这种设计基本上解决了混合阱所特有的困难，并且具有良好对准的芯片，其允许独立调整原子阱的深度以及离子的限制和定位。离子阱已成功地测试与线性离子晶体的Yb $^{+}$和中性$^{87}$ Rb也加载到一个mMOT下的离子捕获区域几毫米。
2023-01-25 physics.atom-ph quant-ph
Dipole-phonon quantum logic with trapped polar molecular ions
被捕获的分子离子的电偶极矩与受限库仑晶体的构型之间的相互作用将分子的取向与其运动耦合。我们考虑利用这种相互作用来初始化、处理和读出编码在分子离子量子比特中的量子信息而不需要光学照射分子的实际可行性。我们提出了两种方案，其中分子离子可以与共捕获的原子离子量子比特纠缠，提供了一种用于分子状态制备和测量的方法。我们还表明，虚声子交换可以显着提高分子间偶极-偶极相互作用的范围，允许广泛分离的分子离子量子比特之间的强耦合。
2019-09-05 physics.atom-ph quant-ph
Precision measurements with cold atoms and trapped ions
近年来，冷原子和囚禁离子的量子控制在科学和技术方面的进展极大地推动了其在精密测量中的应用。由于这些大质量量子系统的卓越可控性和多功能性，基于冷原子和离子的时钟，磁力计和干涉仪实现了前所未有的灵敏度。此外，这些系统还具有许多特性，可以用于促进不同场景中的应用。本文简要介绍了用于时间、磁场和惯性力精密测量的光学钟、冷原子磁强计和原子干涉仪的原理。然后，主要内容是致力于总结这三个应用程序的一些最近的实验和理论进展，特别注意到新的设计和更好的性能的可能性。本文的目的绝不是对这个快速发展领域的所有重要作品进行完整的概述，而是对前沿领域进行粗略的概述，并展示未来的迷人未来。
2020-07-17 physics.atom-ph quant-ph
Relativistic quantum theory of high harmonic generation on atoms/ions by strong laser fields
研究了类氢原子/离子在两束相对论强度的线偏振反向传输激光束形成的均匀周期电场中的高次谐波产生。本文从狄拉克方程出发，提出了消除强波相对论磁漂移阻碍因素的高次谐波相对论量子理论。具体地说，提出了一种利用超强激光和快离子束在欠稠密等离子体中产生高次谐波的方案。
2011-06-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Cooling of trapped ions by resonant charge exchange
两种最广泛使用的离子冷却方法是激光冷却和通过弹性碰撞（EC）的感应冷却。在这里，我们展示了另一种冷却离子的方法，该方法是基于被困离子和超冷母原子之间的共振电荷交换（RCE）。具体地，被捕获的Cs $^{+}$离子通过与共捕获的超冷Cs原子的碰撞以及分别通过与共捕获的超冷Rb原子的碰撞而冷却。我们观察到Cs原子对Cs $^{+}$离子的冷却比Rb原子对Cs $^{+}$离子的冷却更有效。这表明除了Cs-Cs $^{+}$情况下的弹性离子-原子碰撞通道之外，还存在一种冷却机制，即通过RCE冷却。通过实验确定了RCE的冷却效率，发现碰撞前冷却比EC冷却高两个数量级。这一结果为进一步研究原子-离子杂化系统中电子跳跃电荷输运提供了实验依据。
2018-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Vacuum polarization in light two-electron atoms and ions
自本文件第一版以来，原文已作了重大修改。最后，我们决定将这份划界案分为两部分。每一个都包括大量的更新和更正。它们被放置在ArXiv上，并有新的编号（见：ArXiv：1110.3433和1111.2303）。
2012-03-26 nucl-th physics.atom-ph quant-ph
An apparatus for immersing trapped ions into an ultracold gas of neutral atoms
我们描述了一个混合真空系统，在该系统中，单个离子或定义明确的少量捕获离子（在我们的情况下，Ba $^+$或Rb $^+$）可以浸入超冷中性原子云（在我们的情况下，Rb）。该装置允许在超冷状态下研究原子和离子之间的碰撞和相互作用。我们的装置是一个组合的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）装置和线性保罗陷阱。该装置的主要设计特征是首先分离离子和超冷原子的产生位置，然后将两种物质聚集在一起。该方案在稳定性和可进入进行原子-离子碰撞实验的区域方面具有优势。使用移动的一维光学晶格传输将离子和原子聚集在一起，该一维光学晶格传输将原子样品从其产生室垂直提升30 $\,$ cm的距离进入另一室中的Paul阱的中心。我们提出的技术来检测和控制离子和原子云之间的相对位置。
2012-04-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Cavity QED in a molecular ion trap
提出了一种利用片上超导微波谐振器研究囚禁分子离子的量子信息和高分辨光谱学的方法。分子离子与中性分子相比有几个优点。离子可以被加载到深（1 eV）RF陷阱，并被捕获独立的电偶极矩的旋转过渡。它们的电荷保护它们免受运动失相，并防止碰撞损失，允许1秒的相干时间时，用作量子存储器，与检测的单分子可能在<10毫秒。分析的检测效率和相干性的分子。
2010-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Coherent postionization dynamics of molecules based on adiabatic strong-field approximation
本研究以N₂和O₂为例，提出绝热强场近似（ASFA）方法研究强场下分子电离后动力学，发现电离产生的离子态相干性可调控分子电离后动力学，且ASFA适用激光强度范围更广。
2024-12-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum-logic spectroscopy of forbidden vibrational transitions in single nitrogen molecular ions
Department of Chemistry, University of Basel（巴塞尔大学化学系）
该研究利用量子逻辑光谱学技术，实现了单个氮分子离子中被禁止的旋转-振动跃迁的相干操控，为高精度分子光谱和量子计算提供了新方法。
2026-03-11 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
