T-junction ion trap array for two-dimensional ion shuttling, storage and manipulation
我们演示了一个二维11区离子阱阵列，其中单个激光冷却原子离子被存储、分离、穿梭和交换。阱的几何形状由两个线性射频离子阱部分组成，这两个部分以90度角连接以形成T形结构。我们穿梭的T-结的角落周围的单个离子和交换的位置，两个结晶的离子使用电压序列设计，以适应非平凡的电位附近的结。该系统实现了对多离子的全二维控制，这对于实现可扩展的离子阱量子计算和量子网络具有重要意义。
2005-08-13 quant-ph
Photon localization versus population trapping in a coupled-cavity array
本文研究了耦合腔阵列（CCA），其中一个腔与一个二能级原子在行波近似下相互作用。我们研究了整个阵列的激发输运动力学，这是在原子的发射过程中产生的CCA真空。由于已知的原子-光子束缚态的形成，通常会发生部分光场局域化和原子布居俘获。我们研究了这两种现象的耦合强度的功能依赖性，并表明，超过它们变得显着的阈值是不同的。当耦合强度从零开始增大时，场首先出现局部化。
2014-02-18 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
Transport dynamics of single ions in segmented microstructured Paul trap arrays
最近有人提出，在小型化电极阵列中使用小的捕获离子群作为量子位载体，所述电极阵列包括大量单独的捕获区域，离子可以在所述捕获区域之间移动。这种方法对于具有大量量子比特的量子信息处理来说可能是可扩展的。量子信息的处理是通过在量子逻辑操作之间将离子传输到分离的存储器和量子位操纵区以及从分离的存储器和量子位操纵区传输离子来实现的。该方案中离子基团的传输发挥着重要作用，需要精确的实验控制和快速传输。在本文中，我们介绍了一个理论框架来研究离子输运的外部电位，可能会产生典型的小型化保罗陷阱电极阵列。特别是，我们讨论了经典和量子描述的运输和研究的能量转移到近绝热运输过程中的振荡运动之间的关系。基于我们的研究结果，我们建议一个数值方法来找到电极电位作为时间的函数，以优化局部电位的离子在运输过程中的经验。我们证明了这种方法的一个特定的电极几何形状，应该密切代表现实的陷阱阵列中遇到的情况。
2006-06-28 quant-ph
A versatile laser-machined rf trap for arrays of 100+ ions
Indiana University（印第安纳大学）；Indiana University Quantum Science and Engineering Center（印第安纳大学量子科学与工程中心）
介绍一种用于 100 多个离子阵列的通用激光加工射频阱，基于精密加工的熔融石英晶片堆叠而成，十个独立偏置电极可灵活控制轴向电势，展示了其多种功能及设计制造过程，相关文件免费，利于离子阱社区发展。
2026-07-16 quant-ph
One- and two-dimensional quantum walks in arrays of optical traps
提出了一种新的实现中性原子在微光阱阵列或光晶格中离散时间量子行走的方法。我们分析了位置空间中的一维行走，硬币，控制量子行走器位移的额外量子位自由度，实现为空间离域量子位，即，硬币也在位置空间中被编码。我们分析了量子行走对温度和实验缺陷的依赖性，如陷阱位置的抖动。最后，结合空间非定域量子比特和超精细量子比特，我们给出了一个在二维正方形晶格上实现量子行走的方案，并且可以实现不同的硬币算符.
2005-05-09 quant-ph
Multiplexed Control at Scale for Electrode Arrays in Trapped-Ion Quantum Processors
针对QCCD离子阱量子处理器电极控制中电子资源与布线复杂度过高的问题，提出用单个高速DAC生成时分复用信号替代专用DAC，以10,000电极仅需13个FPGA和104个高速DAC，大幅降低资源需求并完成概念验证。
2025-07-09 quant-ph
Operation of a planar-electrode ion-trap array with adjustable RF electrodes
实现适于大规模量子计算和模拟的捕获原子离子系统的一种途径是创建离子阱的二维阵列。然后，通过调整离子的相对位置和频率，可以打开和关闭最近相邻离子之间的相互作用。我们演示和表征的平面电极离子阱阵列的操作。驱动陷阱与网络的锁相射频（RF）谐振器，提供独立可变的电压幅度，我们改变的位置和运动频率的40Ca+离子在两个维度内的陷阱阵列。随着陷阱结构的适当小型化，这为大规模量子模拟提供了可行的架构。
2015-07-16 physics.atom-ph quant-ph
A simple, passive design for large optical trap arrays for single atoms
提出了一种在没有任何有源器件的情况下，利用一种新颖的4f滤波方案和自定义透射掩模，在二维光阱阵列中捕获冷原子的方法。该方法可用于产生亮或暗陷阱的阵列，或同时用单个波长形成两种陷阱。我们证明了设计，通过创建一个2D阵列的1225暗陷阱网站，其中单个Cs原子被加载到区域的强度接近零的近似高斯分布陷阱。此外，我们证明了一个简单的解决方案的问题，离焦囚禁原子，这是由于周期性光晶格中的塔尔博特效应。使用高功率但低成本的光谱和空间宽带激光器，减轻了离焦干涉，导致接近完美地去除Talbot平面陷阱。
2022-06-20 physics.optics quant-ph
Feasibility Study of 3D-Printed Micro Junction Array for Ion Trap Quantum Processor
本文研究3D打印微结阵列离子阱的可行性，通过三维射频电极优化电场分布，降低赝势势垒并实现低加热高保真离子输运，为基于QCCD架构的容错量子计算提供模块化可扩展方案。
2025-09-21 quant-ph
Improved high-fidelity transport of trapped-ion qubits through a multi-dimensional array
我们已经证明了通过一个二维保罗陷阱阵列，采用X-结的Be+离子的运输，同时保持离子附近的运动基态的限制势阱。我们扩展了实验的第一份报告[1]，包括如何计算输运势的详细讨论。两个主要的机制，造成运动的兴奋在运输过程中的解释，以及用于减轻这种兴奋的方法。我们将运动激励比参考文献[1]的结果低约50倍。还报道了高导磁合金屏蔽对量子位相干性的影响。最后，我们研究了一种在少量子水平上在多个运动模式之间交换能量的方法，该方法可以用于冷却运动模式，而无需直接使用激光访问模式。这些结果建立了如何捕获离子可以在大规模量子处理器中以高保真度传输。
2011-06-24 quant-ph
Novel designs for Penning ion traps
我们提出了一些替代设计的潘宁离子阱适用于量子信息处理（QIP）与原子离子的应用。第一个陷阱设计是一个简单的阵列长直线，允许容易的光学访问。这个陷阱的原型已建成陷阱Ca+和一个简单的电子检测方案已被用来演示陷阱的操作。另一种陷阱设计由一个导电板组成，导电板上有一个孔，位于连续导电平面上方。最终的陷阱设计是基于一个阵列的垫电极。尽管这种阱设计缺乏上述阱的开放几何形状，但垫设计可以证明在混合方案中是有用的，其中信息处理和量子位存储发生在不同类型的阱中。垫陷阱的行为进行了数值模拟和技术之间的陷阱迅速移动离子进行了讨论。这些不同的设计与未来的实验进行了讨论。所有的设计都适合于构建多个阱阵列，如可扩展离子阱QIP所需。
2006-03-22 quant-ph
Holographic generation of micro-trap arrays for single atoms
我们利用全息技术和可编程液晶空间光调制器，制备了中性原子的多个微米级光学偶极阱。该设置允许每个陷阱存储单个原子，以及对各个捕获位点进行寻址和操作。
2004-02-03 physics.atom-ph quant-ph
Bilayer Ion Trap Design for 2D Arrays
本文提出一种由两个旋转反射线性离子阱构成的双层二维结区设计，消除RF引线布线和赝势凸起，并通过Mathieu方程解析与数值仿真验证离子转移稳定性。
2024-05-09 quant-ph
A two-dimensional lattice of blue detuned atom traps using a projected Gaussian beam array
我们描述了一种新型的蓝失谐光晶格，它本质上是二维的，同时提供三维原子局域化的原子捕获。晶格对光相位波动不敏感，因为它不依赖于不同光束之间的场干涉。该阵列是使用一种新的安排弱重叠高斯光束，创建一个二维阵列的黑暗陷阱，适合魔术陷获的地面和里德伯态。我们分析的空间定位，可以实现和证明捕获和检测单个Cs原子在6和49网站的二维阵列。
2013-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Optimal electrode geometries for 2-dimensional ion arrays with bi-layer ion traps
我们调查电极的几何形状需要产生周期性的2维离子阱阵列与放置在两个平面之间的电极的离子。我们提出了一个概括的陷阱包含一个单一的电极平面到这个新的几何形状，并表明，对于一个给定的离子电极距离和施加的电压，离子间的距离可以减少到3个相对于单平面陷阱的一个因素。这表示阱密度增加了9倍，相邻离子的振荡运动之间的交换耦合增加了27倍。所得的陷阱也是相当深的双层结构比单面陷阱。这些结果为量子模拟提供了一条有效的途径。我们还讨论了制造此类陷阱的问题。
2014-11-04 physics.atom-ph quant-ph
Two-dimensional linear trap array for quantum information processing
我们提出了一个离子晶格量子处理器的基础上的二维排列的线性表面陷阱。我们的设计特征在于相邻晶格位点中的离子之间的可调谐耦合和可配置的离子-晶格连接性，以实现具有相同阱芯片的矩形和三角形网格。我们提出了详细的陷阱模拟一个最简单的实例离子阵列与$2\times9$捕获网站和报告的原型设备在工业设施的制造。该设计和所采用的制造工艺可扩展到更大的阵列尺寸。我们证明了捕获的离子在矩形和三角形晶格和证明运输的$2\times2$离子晶格在一个晶格周期。
2020-09-21 physics.atom-ph quant-ph
Scaling Ion Trap Quantum Computation through Fast Quantum Gates
我们提出了一种方法来实现可扩展的量子计算的基础上的快速量子门上的一个阵列的捕获离子，而不需要离子穿梭。条件量子门获得任何相邻的离子通过自旋依赖的加速离子从周期性的光子踢。门被证明是强大的阵列中的所有其他离子的影响和不敏感的离子的温度。
2004-01-29 quant-ph
Fiber-optic quantum interface with an array of more than 100 individually addressable atoms on an optical nanofiber
Waseda University（早稻田大学）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信研究机构）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC), RIKEN（理化学研究所量子计算中心）
本文提出一种结合光学镊子单原子阵列可扩展性和纳米光子波导高效光物质接口的量子接口，实现了310nm光学纳米纤维引导光子与平均155个可单独寻址原子的接口，通过光子相关性测量验证了单原子陷阱的特性。
2026-03-23 quant-ph
Scalable arrays of micro-Penning traps for quantum computing and simulation
我们建议使用二维潘宁陷阱阵列作为一个可扩展的平台，量子模拟和量子计算与捕获的原子离子。该方法涉及将限定静电四极位置的微结构电极阵列放置在磁场中，其中单个离子被捕获在每个位置处并经由库仑相互作用耦合到相邻位置。我们解决了在这样的阵列中的离子运动的正常模式，并推导出一个广义的多离子稳定运动的不变性定理，即使在存在陷阱的缺陷。我们利用这些技术研究了在固定离子晶格中进行量子模拟和量子计算的可行性。在均匀的阵列，我们表明，足够密集的阵列是可以实现的，轴向，磁控管和回旋运动表现出离子间偶极耦合率显着高于预期的退相干。在外加激光场的情况下，可以实现可调范围的相互作用自旋哈密顿量。我们还展示了如何本地控制电位允许隔离的离子在一个固定的阵列中的少数，并可用于实现高保真度门。静态捕获场的使用意味着我们的方法不受系统尺寸增加时的功率要求的限制，从而消除了标准射频陷阱中存在的缩放的主要挑战。因此，这里提供的架构和方法似乎为捕获离子量子计算打开了一条通往容错规模设备的道路。
2020-04-02 physics.atom-ph quant-ph
Ion transport and reordering in a two-dimensional trap array
缩放量子信息处理器是一项具有挑战性的任务，需要以高保真度和高度连通性操纵大量量子位。对于被捕获的离子，这可以在一个相互连接的陷阱的二维阵列中实现，其中离子被分离，传输和重组，以对离子的小子集进行量子操作。在这里，我们使用一个结连接正交线性段在一个二维（2D）陷阱阵列重新排序的两个离子晶体。离子的长期运动经历低的能量增益和内部量子比特水平保持一致性，在重新排序过程中，因此展示了一个有前途的方法，提供所有到所有的连接在一个大规模的，二维或三维捕获离子量子信息处理器。
2020-03-07 physics.atom-ph quant-ph
Kelvin-Tkachenko waves of few-vortex arrays in trapped Bose-Einstein condensates
本文计算了囚禁玻色-爱因斯坦凝聚体中三维少涡阵列的低激发态。不同的Kelvin-Tkachenko涡波分支的数量与冷凝物中的涡的数量相匹配。最低奇宇称模式表现出超流陀螺涡旋运动。在实验上，这些模式可以被单独激发和观察到，或者与量子湍流的形成和衰减有关。
2011-07-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Mantra: Rewriting Quantum Programs to Minimize Trap-Movements for Zoned Rydberg Atom Arrays
针对分区中性原子架构中原子区间移动耗时严重的问题，提出Mantra框架通过重写量子程序减少单双门交替，结合喷泉形CZ链、无单门ZZ协议和抢占式调度，显著降低移动与门数并提升保真度。
2025-03-04 quant-ph
Single-atom trapping in holographic 2D arrays of microtraps with arbitrary geometries
我们演示了单原子捕获在二维阵列的微陷阱与任意几何形状。我们使用空间光调制器（SLM）生成阵列，使用该空间光调制器，我们在聚焦之前在光学偶极阱光束上压印适当的相位图案。我们捕获单个$^{87}{\rm Rb}$原子在阵列的网站包含高达$\sim100$微陷阱分开的距离小至$3\;μ$ m，具有复杂的结构，如三角形，蜂窝状或kagome晶格。使用陷阱深度均匀性的闭环优化确保所有陷阱位置是等效的。这种多功能的系统在量子信息处理和量子模拟中有着广泛的应用，例如，利用里德伯原子模拟受抑的量子磁性。
2014-02-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Silicon-on-sapphire metasurfaces generate arrays of dark and bright traps for neutral atoms
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本文提出利用蓝宝石上晶体硅超表面将高斯光束转换为复杂光阱阵列，包括暗阱和亮阱，并改进Gerchberg-Saxton算法实现三维瓶状光束设计，为中性原子捕获提供可扩展、低噪声的集成解决方案。
2026-05-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Non-Abelian vibron dynamics in trapped-ion arrays
本研究提出利用椭圆微阱排布与频率外驱，无需精确微调即可在囚禁离子阵列中稳健实现非阿贝尔vibron动力学，且可通过简单格点实验探测，为多维离子阵列的非阿贝尔自旋轨道耦合研究提供新路径。
2024-01-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Scalable Loading of a Two-Dimensional Trapped-Ion Array
我们描述了快速，随机存取加载的二维（2D）表面电极离子阱阵列的基础上，两个交叉的光电离激光束。随着使用的预冷中性原子从一个远程源的连续通量，我们实现了每个站点的单个离子的加载，同时保持长的陷阱寿命，而不会干扰相邻站点中的离子量子位的相干性。这个演示满足了加载和重新加载广泛的2D阵列所需的所有主要标准，这将是大规模量子信息处理所需的。此外，已经很高的加载速率可以通过并行加载离子来增加，仅伴随着光电离激光功率的增加，并且不需要额外的原子通量。
2015-11-10 physics.atom-ph quant-ph
Scalable arrays of RF Paul traps in degenerate Si
我们报告的多区线性RF保罗陷阱，利用退化硅的可加工性和导电性的制造技术。该方法进行了测试，通过捕获和激光冷却24 Mg+离子在两个陷阱的几何形状：一个单区两层陷阱和一个多区表面电极陷阱。根据测得的离子运动加热速率，我们确定当离子位于阱表面上方40微米处时，在1.125 MHz的频率下，离子位置处的电场谱密度约为1 E-10（V/m）^2/Hz。这些设备的一个应用是原子离子量子比特的受控操纵，这是量子信息处理的一种形式的基础。
2009-08-26 physics.ins-det quant-ph
Reconfigurable, site-selective manipulation of atomic quantum systems in two-dimensional arrays of dipole traps
我们捕获原子在多功能的二维（2D）阵列的光学势，准备灵活的二维自旋配置，进行选址相干操作，并演示了不同的系统属性，如退相和退相干的同时测量的实施。这种用于原子量子系统的灵活操纵的新方法是基于微透镜的2D阵列和液晶光调制器的2D阵列的组合。它为量子简并气体的研究、量子信息处理和量子模拟提供了新的控制方式。
2010-06-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Balanced Coherence Times of Mixed-Species Atomic Qubits in a Dual $3\times3$ Magic-Intensity Optical Dipole Trap Array
在这项工作中，我们构建了一个偏振介导的魔强（MI）光偶极阱（ODT）阵列，其中的混合物种量子比特的光位移的不利影响被有效地减轻，使混合物种量子比特的相干时间都大大增强和平衡的第一次。这种混合粒子魔阱技术依赖于三阶交叉项系数和基态超极化率的可调谐性，而这两个特性与陷阱激光器的圆偏振度密切相关。在实验上，用于$^{85}$ Rb量子位的ODT阵列的偏振被精细地调整到确定值，使得其用于魔术捕获所需的工作磁场等于在具有完全圆偏振的另一ODT阵列中魔术捕获$^{87}$ Rb量子位所需的工作磁场。最终，在这种偏振介导的MI-ODT阵列中，$^{87}$ Rb和$^{85}$ Rb量子比特的相干时间分别提高到891 $\pm$ 47 ms和943 $\pm$ 35 ms。并且通过使用浅魔强度可以实现对$^{85}$ Rb量子比特的相应退相效应的减小。可以预见，这种新型的混合物种MI-ODT阵列是一种用于构建具有中性原子的可扩展量子计算机的通用平台。
2019-07-30 physics.atom-ph quant-ph
Direct and mediated dipole-dipole interactions in a reconfigurable array of optical traps
针对光阱阵列中独立控制粒子间相互作用的难题，研究引入辅助纳米粒子作为耦合器，在可重构三粒子阵列中实现了直接偶极-偶极相互作用的广泛可调谐性，并观察到介导相互作用的光谱特征，为多粒子阵列的定制化控制提供了实用途径。
2025-11-05 physics.optics quant-ph
Adiabatic Mach-Zehnder interferometer via an array of trapped ions
我们探讨了在横向场中通过一系列服从量子伊辛模型的囚禁离子实现海森堡限制马赫-曾德尔干涉的可能性。基于增加Ising相互作用，然后减小横场的绝热过程，我们证明了从顺磁性到铁磁性的完美转变，它可以用作多离子Mach-Zehnder干涉术的分束器。实现的NOON状态的离子，使海森堡限制干涉。使用目前可用的技术，超冷离子，我们讨论了我们的计划与全球业务的实验可行性。
2012-03-22 physics.atom-ph quant-ph
A microfabricated surface-electrode ion trap in silicon
构建量子信息处理器的前景是离子阱制造技术的许多最新进展的基础。量子计算机可能由大量相互连接的离子阱构成。我们报道了一种微米级离子阱，采用微机电系统（MEMS）技术从体硅制造。阱的几何形状相对简单，因为电极位于离子下方的单个平面中。在这样的陷阱中，我们限制激光冷却的24Mg+离子约40微米以上的表面。制造技术和平面电极几何形状一起使得这种方法适合于按比例放大到大型陷阱阵列。此外，我们观察到很少的激光冷却光被电极散射。
2006-05-19 quant-ph
Vibrational parametric arrays with trapped ions: non-Hermitian topological phases and quantum sensing
本研究提出受局部参量调制和激光冷却的捕获离子线性阵列模型，通过调制相位打破时间反演对称性诱导拓扑放大效应，基于非厄米点隙拓扑绕数确定拓扑相，可实现超弱力和电场的量子传感，灵敏度达1 yN·Hz$^{-1/2}$。
2025-02-10 physics.atom-ph quant-ph
Scaling Trapped Ion Quantum Computers Using Fast Gates and Microtraps
基于离子阱产生可扩展的量子信息处理平台的大多数尝试都集中在分段阱中离子的穿梭上。我们表明，基于快速门的微陷阱阵列的架构将优于基于离子穿梭的架构。该系统需要更高功率的激光器，但不需要操纵电势或离子穿梭。这改善了光学访问，降低了陷阱的复杂性，并减少了靠近离子的导电表面的数量。快速门的使用也消除了对门时间的限制。门的性能被证明是鲁棒的激光重复频率和陷阱阵列中的许多离子的存在下的限制。
2018-05-28 quant-ph
Two-dimensional array of microtraps with atomic shift register on a chip
捕获原子的阵列是开发包括用于存储和处理量子信息的大量物理量子位的寄存器的理想起点。一种非常有前途的方法涉及在称为原子芯片的微制造设备上产生的中性原子陷阱，因为几乎任意的陷阱配置都可以在坚固而紧凑的封装中实现。然而，到目前为止，原子芯片实验一直集中在包含单个或几个单独陷阱的小型系统上。在这里，我们报告的实验上的二维阵列的捕获超冷原子云准备使用一个简单的磁膜原子芯片。我们能够将原子装载到数百个紧密限制和光学分辨的阵列位置中。然后，我们将单个原子云冷却到量子简并所需的临界温度。利用原子芯片作为原子移位寄存器，原子在芯片表面上穿梭，并且使用聚焦激光来快速清空各个陷阱来实现原子的局部操纵。
2009-02-13 physics.atom-ph quant-ph
Trapping of Single Atoms in Metasurface Optical Tweezer Arrays
Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究展示了通过全息超材料生成的光学镊阵列，实现了超过1000个锶原子的捕获，具有高均匀性和任意几何排列能力，为大规模量子应用提供支持。
2025-08-11 cond-mat.quant-gas physics.app-ph physics.atom-ph
Cavity cooling of an atomic array
虽然腔冷却的一个单一的被困发射器进行了演示，冷却的许多粒子在一个阵列的谐波陷阱需要调查，并提出了一个问题的可扩展性。研究了一维原子阵列通过与高精细度腔单模场相互作用冷却到运动的基态。发现保证冷却的关键因素是陷阱的机械不均匀性。此外，它表明，泵腔模式不仅调解冷却，但也提供了必要的不均匀性，如果它的周期性不同于阵列之一。这种结构导致几十个原子在几毫秒内的基态冷却，这一时间尺度与当前的实验条件相适应。此外，冷却速率与原子数的比例关系揭示了动态的急剧变化与阵列的大小：原子冷却独立，或通过集体模式。在后一种情况下，腔介导的原子相互作用破坏性地减慢冷却以及增加平均占据数，与原子数成二次方。最后，根据腔模周期性对阵列的调整，预测了优化方案的结果，即冷却速度提高了一个数量级。
2014-04-16 quant-ph
Coherent control in atomic chains: to trap and release a traveling excitation
介绍了一种在由亚波长晶格常数的多能级原子有序阵列组成的原子链中进行动态色散工程的方案。这条链支持暗态，这些暗态被保护免受光子发射形式的耗散，并且可以被理解为沿着阵列传播的自旋波。通过使用具有空间变化的椭圆偏振的外部控制场，我们以可控的方式关联阵列的内部和外部自由度。对原子态的相干控制转化为对自旋波群速度的控制。通过动态改变控制场的幅值，可以在不耗散的情况下存储和释放行波激励。该协议是更传统的电磁感应透明的替代方案，并阐明了相干控制和相关衰变之间相互作用所产生的丰富物理学。
2021-04-16 quant-ph
Lamb-Dicke Dynamics of Interacting Rydberg Atoms Coupled to the Motion of an Optical Tweezer Array
研究耦合到光镊阵列运动的Rydberg原子在不同陷俘频率下的Lamb-Dicke动力学，通过建模内部与运动自由度，揭示了光镊相干运动对多体原子集体动力学的影响及多种动力学相变。
2025-06-27 physics.atom-ph quant-ph
Ball-grid array architecture for microfabricated ion traps
用于量子信息研究的最先进的微制造离子阱接近一百个控制电极。我们在这里报告的发展和测试的一个新的架构，微制造离子阱，球栅阵列（BGA）连接，这是适合日益复杂的陷阱设计。在BGA阱中，贯穿衬底的通孔将电信号从阱管芯的背侧带到顶侧上的表面阱结构。金球凸块键合将陷阱管芯的背面连接到中介层，用于从载体路由信号。制作在陷波管芯中的沟槽电容器取代了面积密集的表面或边缘电容器。BGA架构中的焊线被移到中介层。这最后两个特征允许捕获裸片减小到仅产生捕获场所需的面积。更小的陷阱尺寸允许寻址激光束的紧密聚焦，用于快速单量子比特旋转。以$^{40}$ Ca $^+$离子为特征的BGA阱的性能在离子加热速率、模式频率稳定性和存储寿命方面与先前的表面电极阱相当。我们演示了在第二个BGA阱中与$^{171}$ Yb $^+$离子的双量子比特纠缠操作。
2015-05-05 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Single collective excitation of an atomic array trapped along a waveguide: a study of cooperative emission for different atomic chain configurations
在纳米尺度波导附近捕获的有序原子阵列提供了原始的光-物质界面，在量子信息和量子非线性光学中具有应用。在这里，我们研究了一个单一的集体原子激发耦合到波导在不同的配置衰减动力学。原子排列成线性阵列，只有一部分原子被激发到超辐射模式并将光发射到波导中。位于一侧或两侧的额外原子链起被动作用，反射或吸收这种发射。我们表明，当改变的几何形状，这样的一维原子系统可以能够重定向发射的光，定向减少或增强它，并在某些情况下，本地化它在一个由原子镜界定系统形成的腔。
2021-04-12 physics.atom-ph 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
Reservoir-based deterministic loading of single-atom tweezer arrays
提出基于冷原子储备阱和缓冲阱的模块化方案，将冷原子积累与量子寄存器操作解耦，实现了六边形目标结构的确定性装载，显著提升了数据率并开辟了连续运行的新路径。
2023-08-02 physics.atom-ph quant-ph
A scalable helium gas cooling system for trapped-ion applications
微加工离子阱器件为可扩展的量子计算提供了一条有前途的途径。研究工作已经开始集中在与开发大规模离子阱阵列和网络相关的工程挑战上。然而，增加阵列的尺寸和集成芯片上的电子器件会大大增加离子阱芯片内的功耗。这导致离子阱的工作温度升高，并限制了器件性能。因此，有效的热管理是任何大型架构的重要考虑因素。这里介绍的是一个模块化的冷却系统，设计用于多个离子捕获实验同时使用的发展。该系统包括一个可扩展的低温恒温器，允许缩放冷却功率以满足大型网络的需求。在对两个独立的离子阱实验进行实验测试后，冷却系统预计将在~70 K下为多达四个实验提供111 W的净冷却功率。该冷却系统是朝着应对操作具有许多量子位的大规模量子计算机的实际挑战迈出的一步。
2021-06-14 quant-ph
D1 magic wavelength tweezers for scaling atom arrays
D1魔波长已被预测为碱金属原子，但尚未观察到的日期。我们通过实验证实了$^{23}$ Na在615.87 nm处的D1魔波长，然后我们使用该魔波长以80.0（6）%的效率捕获和成像单个原子，而不必调制捕获和成像光强度。我们进一步证明，平均装载效率保持高达74.2（7）%的一维阵列的八个原子。利用的陷阱强度调制和较低的陷阱深度提供的D1光的情况下，我们实现了一个数量级的减少镊子激光功率的要求和相应的增加原子阵列的可扩展性。这里报道的方法适用于所有的碱，包括那些有吸引力的候选人偶极分子组装，里德伯敷料，或在自然界中的费米。
2021-08-03 physics.atom-ph quant-ph
Interleaved dual-species arrays of single atoms using a passive optical element and one trapping laser
本文提出利用单一激光束和无源光学掩模构建交错明亮与暗瓶光束阵列，基于Rb和Cs相反符号的动态极化率实现双物种单原子独立捕获，装载率接近50%，显著降低系统复杂度。
2025-05-12 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
In-situ equalization of single-atom loading in large-scale optical tweezers arrays
我们报道了在$\sim4$ ~K低温环境中，用光镊捕获300多个单个$^{87}$ Rb原子，实现了大规模组装阵列。对于具有$N_{\rm a}=324$原子的阵列，组装过程导致实现的$\sim37\%$中的无缺陷阵列。为了实现这一高组装效率，我们均衡的加载概率的陷阱内的阵列，使用一个闭环优化的每个光镊的功率，基于荧光时间轨迹的分析加载在陷阱中的原子。
2022-08-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Optimization and implementation of a surface-electrode ion trap junction
我们描述了一个表面电极离子阱结的设计，这是一个大规模的离子阱阵列的关键元件。采用双目标优化方法设计电极，在保持总赝势曲率的同时，使离子传输路径上的轴向赝电势梯度最小化。为了便于激光束在多个阱区中的并行操作，我们在X结阱的每个臂上安装了集成光学器件。提出了用于商业代工制造的陷阱芯片的布局。这项工作提出了路线，以提高离子阱结的性能，在可扩展的实现。与集成光学寻址一起，这有助于在互连的2维阵列中进行模块化捕获离子量子计算。
2022-01-29 physics.ins-det quant-ph
An atom-by-atom assembler of defect-free arbitrary 2d atomic arrays
利用光镊捕获的大规模可控原子阵列是量子工程应用的一个非常有前途的平台。然而，到目前为止，只有无序阵列已被证明，由于非确定性负载的陷阱。在这里，我们展示了满载，二维阵列的多达50个微陷阱，每个包含一个原子，并安排在任意的几何形状的准备。从最初较大的，半满矩阵随机加载的陷阱，我们获得用户定义的目标阵列在单位填充。这是通过实时控制系统和移动光镊来实现的，光镊根据阵列中原子的初始分布执行一系列快速原子移动。这些结果打开了令人兴奋的前景量子工程与中性原子在可调几何。
2016-07-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Coherent Diabatic Ion Transport and Separation in a Multi-Zone Trap Array
我们调查的运动动力学的单个和多个离子之间的运输和分离到空间上不同的位置在多区线性保罗陷阱。位于一个区域中的2 MHz谐波阱中的单个9Be+离子被激光冷却到接近其运动的基态，并通过将阱移动到另一个区域来传输370微米。这在8微秒内完成，对应于16个振荡周期。从具有n=0.1量子的状态开始，在传输期间，离子被激发到具有n=1.6量子的位移相干态，但是在完成时返回到接近其具有n=0.2的运动基态。对于两种离子的传输，也获得了类似的结果。我们还从一个势阱到两个不同的势阱分离了多达9个离子的链。对于两个离子，这在55微秒内完成，每个离子的最终激发约为2个量子。快速相干传输和分离可以显著地减少用于利用捕获离子的可扩展量子信息处理的某些架构中的时间开销。
2012-06-04 physics.atom-ph quant-ph
A high optical access cryogenic system for Rydberg atom arrays with a 3000-second trap lifetime
本文提出一种结合4 K低温泵浦、<50 K冷箱和室温高数值孔径物镜的里德伯原子阵列低温光镊系统，实现3000秒阱寿命、$10^{-4}$级损耗测量及基态和里德伯态相干操控，为量子计算与模拟提供低振动高光学可达平台。
2025-07-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Preparation of ultra-cold atomic-ensemble arrays using time-multiplexed optical tweezers
我们使用基于时间复用声光偏转器的光镊将超冷铯原子捕获在一维原子系综阵列中。对于2.5 $μ$ K和50 nK之间的温度，我们研究了光镊脉冲之间的最大时间，保留在一个单一的陷阱中的原子数。这个时间提供了一个估计的最大数量的网站在一个阵列的时间复用光镊。我们演示了蒸发冷却的原子阵列中的多达25个光镊陷阱和制备的原子在一个盒子的潜力。此外，我们展示了三种不同的协议，从一个不断扩大的超冷原子云转移的原子系综阵列的制备。这些导致制备平均由$\sim$ 100个原子组成的高达74个原子系综的阵列。
2022-07-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Interference in a Prototype of a two-dimensional Ion Trap Array Quantum Simulator
量子力学在现代研究中占据着主导地位，从电子学到潜在的固态物理学、量子化学和生物学。为了研究这些效应，实验量子系统可能提供唯一有效的途径。在各种物理平台上取得了初步进展，最近的应用突出了这一点。原子离子因其独特的可控制性而闻名，并且本质上是相同的，如所证明的，例如，通过在最精确的原子钟中运行，并为一维模拟器提供基础。然而，可控的，可扩展的系统需要解决的问题，并超越经典的数值与其强大的近似方法。在这里，我们显示，可调，相干耦合和干涉在一个二维离子微阱阵列，完成工具箱的可重构量子模拟器。以前，耦合和纠缠的网站之间的相互作用，在一维陷阱已经实现，而耦合仍然难以捉摸的微陷阱的方法。我们的架构是基于良好的隔离离子作为相同的量子实体盘旋在可扩展的CMOS芯片。与其他多维方法相比，它允许在任意，甚至非周期性的晶格结构中进行单独控制。嵌入式控制结构可以利用长程库仑相互作用来配置合成的、完全连接的多体系统，以解决多维问题。
2018-12-20 physics.atom-ph quant-ph
