Ideal Multipole Ion Traps from Planar Ring Electrodes
我们提出了一套平面，环形，同心电极，只需要射频电位限制离子的多极离子阱的设计。我们说明了理想的性能的陷阱，考虑几个简单的情况下，限制离子。我们预测，毫米级的表面陷阱可能有陷阱深度高达几十电子伏，或微动幅度低至几十纳米的2-D离子晶体，当一个共同的领域的幅度的参数被选择。几个例子的陷阱进行了研究，和缩放的电压，频率和陷阱规模，对于少量的离子，这些属性的推导。此外，具有非常高的荷质比的离子可以被限制在阱中，并且具有非常不同的荷质比的物质可以同时被限制。这些陷阱的应用包括量子信息科学、频率计量学和冷离子-原子碰撞。
2012-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Stability and dynamics of ion rings in linear multipole traps
由于激光冷却，被俘获的单电荷离子可以结晶。出现的结构取决于粒子的数量和俘获势的几何形状。在线性多极射频阱中，径向势的几何形状可以导致单环结构的形成。我们分析了单环的条件和稳定性作为极点数目的函数。对于较大数量的离子，环形成管，其中离子的排列对应于折叠到圆柱体上的三角形晶格。数值研究了不同晶格常数下这些管状结构的稳定性，并确定了它们的简正模谱。
2013-01-10 physics.atom-ph quant-ph
Exploiting nonclassical motion of a trapped ion crystal for quantum-enhanced metrology of global and differential spin rotations
本文理论研究了通过耦合离子集体运动的压缩态产生非经典自旋态，利用特定振动模式定制关联，实现全局和差分旋转的量子增强传感，并提出协议评估有限尺寸效应、非均匀耦合和技术噪声的影响。
2024-03-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Metrology of microwave fields based on trap-loss spectroscopy with cold Rydberg atoms
本文提出基于磁光阱中冷里德伯原子陷阱损耗光谱的微波场计量方法，利用荧光检测和二能级模型实现幅度与频率的同时重建，并展示其在光学时钟校准、冰冻圈监测、宇宙微波背景测量和暗物质搜寻等领域的应用前景。
2024-11-21 physics.atom-ph quant-ph
Parallel ion strings in linear multipole traps
额外的射频（rf）电位施加到线性多极阱创建额外的场节点在径向平面，使一个限制单离子，或离子串，在完全射频场自由的地区。节点的数量取决于所施加的多极电势的顺序，并且它们的相对距离可以容易地通过所施加的电压的幅度变化来调整。利用分子动力学的模拟表明，离子弦可以在空间的所有方向上被激光冷却到多普勒极限。一旦冷却，即使冷却过程关闭，有组织的系统也可以在非常有限的加热下移动。
2011-03-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Coherent Population Trapping with a controlled dissipation: applications in optical metrology
我们分析了脉冲相干布居捕获协议的属性，该协议使用受控的衰减从激发态的$Λ$水平计划。我们研究这个问题的分析和数值，并找到制度，窄的传输，吸收，或荧光谱线发生。然后，我们寻找最佳的频率测量使用这些频谱特征计算的Allan偏差存在的基态退相干，并表明，该协议是与拉姆齐-CPT。我们讨论了碱金属原子和单离子的合奏可能的实现，并证明了典型的脉冲CPT实验，实现飞秒时间尺度上可以实现微秒的时间尺度上使用该方案。
2017-12-12 physics.optics quant-ph
High-precision metrology of highly charged ions via relativistic resonance fluorescence
通过求解多能级模型中的含时主方程，在相对论条件下研究了激光驱动高电荷态离子的共振荧光。我们的从头算方法的基础上的狄拉克方程允许调查高度相对论离子，因此，提供了一个敏感的手段来测试相关的相对论动力学，束缚态量子电动力学现象和核效应，通过应用相干光与x射线频率。通过测量干涉缩窄的荧光光谱，可以以前所未有的精度确定原子的偶极矩或多极矩。
2010-11-29 physics.atom-ph quant-ph
Electrostatics of surface-electrode ion traps
表面电极射频阱是一种很有前途的制备适合于大规模量子信息处理的复杂离子阱网络的方法。在本文中，我们提出了分析方法模拟SE陷阱的无隙平面近似，并将这些方法应用到两个特定类别的SE陷阱。对于SE环陷阱，我们推导出陷阱的几何形状和强度的解析表达式，并计算在没有控制场的情况下的深度。对于对称的多极配置（类似物的线性保罗陷阱），我们推导出电极的几何形状和强度的解析表达式。此外，我们提供了任意好的近似的陷阱深度在没有静态字段，并确定获得最大深度的要求。最后，我们表明，SE多极子的深度可以大大影响控制领域。
2008-12-18 quant-ph
Preliminary characterization of a surface electrode Paul trap for frequency metrology
本研究针对频率计量开发171Yb+单离子光学钟用表面电极Paul阱，测试原型阱加热率，推出绝缘体上硅微制造芯片并完成超高真空电学测试，给出合适参数及设计改进路线图。
2024-10-09 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Production of Fock Mixtures in Trapped Ions for Motional Metrology
本文提出一种在离子阱中制备非热Fock态混合物的协议，通过循环红边带、测量和制备脉冲，实现超越标准量子极限的计量学优势，并借助数值模拟分析了参数区间。
2022-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Addressing and manipulation of individual hyperfine states in cold trapped molecular ions and application to HD^{+} frequency metrology
先进的技术操纵的内部状态，在原子物理学的标准，首次展示了带电分子物种。我们解决个人的超精细态的双原子离子的振转能级的光激发个人的超精细跃迁，并实现受控转移到选定的超精细态的人口。我们使用分子氢离子（HD^{+}）作为模型系统，并采用一种新的频率梳为基础的，连续波5 \mum激光光谱仪。所实现的光谱分辨率是迄今为止在光学域中对分子离子物种获得的最高分辨率。因此，我们也能够对分子的从头算理论进行最精确的测试。
2012-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Oscillating magnetic field effects in high precision metrology
我们研究了高精度计量中交流磁场产生的一系列效应。这些结果直接关系到高精度的测量，和国家的最先进的光学时钟的准确性评估。讨论了表征这些效应的策略，并使用$^{171}\mathrm{Yb}^+$演示了一种精确确定线性Paul阱中阱感生交流磁场的简单技术
2018-07-07 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Deterministic generation of hybrid high-N00N states with Rydberg ions trapped in microwave cavities
囚禁离子是量子技术最有前途的平台之一。它们是迄今为止开发的最精确的时钟和传感器的核心，这些时钟和传感器利用离子的单个电子或运动自由度的量子相干性。然而，未来的高精度量子精密测量将需要使用几个自由度的纠缠态。在这里，我们提出了一个协议，能够产生高N00N态之间的纠缠被困离子的运动和电磁腔模式，一个所谓的混合配置共享。我们证明了该建议的可行性，在一个平台组成的被困离子激发到其圆形里德伯态流形，耦合到一个高Q微波腔的模式。这种紧凑的混合架构的优点是，它可以耦合到非常不同的性质的信号，修改离子运动或腔模式。此外，可以在状态准备阶段之后立即使用完全相同的设置来实现量子精密测量所需的干涉仪。
2018-09-26 quant-ph
Self-consistent many-body metrology
该研究采用多组态Hartree型自洽多体方法处理相互作用囚禁玻色子，对比倾斜双阱下自洽双模截断与传统固定轨道双模方法，发现自洽性会深刻影响计量学量，从根本上决定参数估计精度。
2024-05-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Numerical Simulations of 3D Ion Crystal Dynamics in a Penning Trap using the Fast Multipole Method
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Renewable and Sustainable Energy Institute, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学可再生能源与可持续能源研究所）
本研究利用快速多极方法模拟Penning陷阱中三维离子晶体的动力学，展示了通过激光冷却实现超冷温度的可行性，为未来量子实验提供新平台。
2024-05-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph quant-ph
Adiabatic quantum metrology with strongly correlated quantum optical systems
我们表明，由Dicke哈密顿量的系统的准绝热演化可以描述在一个自诱导的量子多体相互作用协议。这种效应依赖于基态对量子相变时的小扰动的敏感性，这导致波函数坍缩成两种可能的基态之一。最终态性质与原子数和对称性破缺场强度的标度可以用有效量子自旋协议的进动时间来解释。我们表明，我们的想法可以用自旋-声子相互作用在捕获离子设置进行测试。我们的工作点的分类量子相变的多体量子系统的参数估计的能力。
2013-05-24 quant-ph
A complicated Duffing oscillator in the surface-electrode ion trap
在自制的表面电极阱（SET）中，观察到了单囚禁$^{40}Ca^{+}$离子的振荡耦合和不同的非线性效应。这种耦合和非线性是由于单电子晶体管的不同布局和制造的不对称性而产生的高阶多极势引起的。用多重尺度法求解了一个复杂的含耦合振荡项的Duffing方程，与实验值吻合得很好。我们在SET中的研究有助于利用现有技术探索非线性和抑制量子比特的不稳定性与囚禁离子的量子信息处理。
2013-02-16 quant-ph
About the dynamics and thermodynamics of trapped ions
本教程介绍了在一个非常普遍的方式射频陷阱带电粒子的动力学，指出在四极和多极陷阱的动力学之间的差异。当致密样品被捕获时，动力学被离子之间的库仑排斥所修改。考虑到这种排斥，我们建议使用一种方法，最初开发的粒子在潘宁陷阱，模型的离子云作为一种冷流体。这种方法不能再现冷云晶体的组织，但它允许一个规模的捕获参数和捕获的离子的数量，对于不同的线性几何形状的陷阱的大样品的大小。
2009-05-14 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
Formation of Two-Ion Crystals by Injection from a Paul-Trap Source into a High-Magnetic-Field Penning Trap
双离子晶体构成了一个研究量子性质的平台，它可以扩展到任何离子种类或带电粒子，只要晶体中的一个离子可以直接用激光冷却并用激光辐射操纵。本文介绍了在7特斯拉开环潘宁阱中形成用于量子精密测量的双离子晶体。$^{40}$ Ca $^+$离子通过光电离内部产生或外部在（Paul阱）源中产生，通过超导螺线管的强磁场梯度运输，并且相对于潘宁阱势阱的最小值以几个电子伏特的平均动能在飞行中捕获。在强磁场中激光冷却双离子晶体达到量子制度也提出了特别强调的径向模式的冷却。
2022-03-31 quant-ph
Modes of Oscillation in Radiofrequency Paul Traps
研究了射频阱中离子晶体随时间变化的动力学。本文讨论了一般三维晶体的稳定囚禁问题，并讨论了赝势近似的有效性。我们推导出解析的离子的微动幅度，严格证明众所周知的实验观察。我们使用无穷行列式的方法来找到对角化的线性化的时间依赖的动力学问题的模式。这允许获得明确的（'Floquet-Lyapunov'）变换的坐标解耦的线性振荡器。我们证明了实用的方法，通过分析一个小的“奇特”晶体在线性保罗陷阱的模式。计算结果可推广到一般多极阱中的多组分离子晶体，并可得到这种阱中离子振荡的含时量子波函数。
2012-10-28 quant-ph
Trapped Ion Quantum Information Processing with Squeezed Phonons
被囚禁的离子为量子计算和模拟提供了一个原始的平台，但提高它们的相干性仍然是一个关键的挑战。在这里，我们提出并分析了一种新的策略，以增强相干相互作用的囚禁离子系统通过参数放大的离子的运动-通过压缩集体运动模式（声子），它们介导的自旋-自旋相互作用可以显着增强。我们通过展示它如何增强对量子精密测量有用的集体自旋态，以及它如何提高多离子系统中两个量子比特门的速度和保真度来说明这种方法的力量，这是可扩展的捕获离子量子计算的重要成分。我们的结果也直接相关的许多其他物理平台，其中自旋相互作用是由玻色子介导的。
2019-01-05 quant-ph
Ideal intersections for radio-frequency trap networks
我们研究了二维射频陷阱网络理想交叉点的可能形式，这种网络适合于用囚禁离子进行量子信息处理。我们表明，最低阶多极分量的射频场，可以有助于一个理想的交叉是一个六极项唯一确定的切线的相交路径。相应的有质动力势不提供任何限制垂直的路径，如果这些相交的直角，表明理想的直角X交叉是不可能实现的六极场。基于这一结果，我们提出了一种实现的理想的三维电极结构的X交叉。
2009-01-19 quant-ph
Toward Spin Squeezing with Trapped Ions
在许多计量实验室中，建造能够进行精度超过标准量子极限的干涉测量的坚固仪器仍然是一个重要目标。我们在这里描述的基本概念的自旋压缩实验，允许一个超过这个限制。原则上，可以达到所谓的海森堡极限，其构成精度的因子$\sqrt{N}$的改进，其中$N$是对其进行测量的粒子的数量。特别是，我们重点关注最近在潘宁离子阱中用铍离子云实现自旋压缩方面取得的进展，通过在量子计算实验中更常用于执行两量子位纠缠操作的几何相位门。
2011-11-21 quant-ph
Particle pair creation by inflation of quantum vacuum fluctuations in an ion trap
我们宇宙中物质和结构的产生，目前是由量子场论和广义相对论之间错综复杂的相互作用来描述的。这一过程在早期通货膨胀时期的迹象可以观察到，而直接测试仍然遥不可及。在这里，我们研究了一个实验模拟的基础上捕获的原子离子的过程。我们通过撕裂量子真空涨落来创建声子对。因此，我们制备了处于运动纠缠态的离子。控制时间尺度和与环境的耦合应该允许优化效率，同时通过量子信息处理（QIP）中的既定工具保持效果稳健。这也可能允许在宇宙学的概念和QIP的应用之间交叉施肥，例如量子精密测量，实验量子模拟和量子计算。
2019-03-13 quant-ph
Roadmap on Quantum Sensors for Vacuum Metrology
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；British Columbia Institute of Technology（不列颠哥伦比亚理工学院）；University of Bremen（不来梅大学）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；University of Maryland（马里兰大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
本文提出利用激光冷却囚禁碱金属原子作为高真空至超高真空压力传感器的路线图，基于碰撞截面实现初级压力标准，相对不确定度约百分之一，可作为现有昂贵孔流标准的替代方案。
2026-09-09 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity two-qubit quantum logic gates in a trapped-ion chain using axial motional modes
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本研究通过优化轴向运动模式，实现了高保真度的双量子比特逻辑门，提升了离子阱量子处理器的可扩展性和应用潜力。
2025-07-01 quant-ph
Experimental Proposal on Scalable Radio-Frequency Magnetometer with Trapped Ions
本文提出一种基于囚禁离子和混合动力学解耦的可扩展射频磁力计，通过缀饰态与周期序列结合，在 $10^4$ 离子系统中实现 13 $\rm{fT}/\sqrt{\rm{Hz}}$ 的灵敏度，并延长相干时间至分钟量级。
2025-10-26 quant-ph
Towards metrology with highly charged isomeric ions from antiproton annihilation
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；University of Siegen（锡根大学）
通过反质子湮灭生成高电荷同位素离子，用于高精度测量
2025-09-22 hep-ex nucl-ex physics.atom-ph
Trapped-ion quantum logic with global radiation fields
囚禁离子是构建大规模量子计算机的一种很有前途的工具。然而，在任何提出的基于离子的架构中实现量子门所需的辐射场的数量与量子计算机内的离子数量成比例，这在想象具有数百万个离子的设备时构成了一个主要障碍。在这里，我们提出了一个根本不同的概念，捕获离子量子计算，这种有害的缩放完全消失，取代数以百万计的辐射场只有少数领域。该方法基于施加到每个逻辑门位置的单独控制的电压，以便于类似于经典计算机处理器内的传统晶体管架构的实际门操作。为了证明这种方法的关键原理，我们实现了一种基于长波长辐射的通用量子门方法，并使用这种方法生成保真度为0.985的两个量子工程时钟量子比特的最大纠缠态（12）。该量子门也构成了用于量子精密测量、感测和模拟的简单实现工具。
2016-06-09 quant-ph
State dependent motional squeezing of a trapped ion: new method and applications
我们发现，一个冷的囚禁离子的运动可以压缩通过调制的强度的相位稳定的光晶格内放置的陷阱。由于这种方法是可逆的和状态选择的，它有效地实现了受控挤压门。我们展示了如何使用这个资源，可以是有用的量子信息处理连续变量，为了准备沿互补正交压缩的状态的相干叠加。我们表明，这些状态，我们表示为“${\mathcal X}$ -状态”，表现出高灵敏度沿两个互补的正交小位移，使它们有用的量子精密测量。
2019-11-13 physics.atom-ph 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
Two-dimensional ion trap lattice on a microchip
微制造离子阱是利用捕获离子实现可扩展量子计算的主要进展。更通用的离子阱设计的开发，其中定制的离子阵列被定位在微加工表面上方的二维空间中，将导致在量子模拟、计量学和原子-离子相互作用等各个领域的应用。当前的表面离子阱通常具有低的阱深度和高的加热速率，这是由于可以施加到它们的电压的大小限制了量子门的保真度。在这里，我们报告的制造过程中，允许应用非常高的电压，在一般的微加工设备，并使用这种先进的制造一个二维离子阱晶格上的微芯片。我们的微制造架构允许可靠的捕获的2D离子晶格，长的离子寿命，基本之间的晶格站点和确定性地引入缺陷的能力，离子晶格之间的穿梭。
2014-04-25 physics.atom-ph quant-ph
Direct Nuclear-Level Qubits using Trapped Th-229 Ions: A Platform for Entanglement and Universal Quantum Information Processing
本文提出利用俘获Th-229离子作为高保真核能级量子比特的理论框架，通过声子介导和激光边带脉冲实现纠缠操作，为开发核量子信息处理器提供了实用路线图。
2025-08-14 quant-ph
Scalable chip-based 3D ion traps
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik（德国航空航天中心卫星测地与惯性传感器研究所）；Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen（锡根大学理学院）；eleQtron GmbH（eleQtron有限公司）；Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学量子光学研究所）
本文综述了芯片基三维离子阱的最新进展，包括材料选择、片上滤波组件集成和真空紧凑电连接，并基于有限元法模拟讨论了集成微光学而不干扰离子的可能性。
2026-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Synchronization of atomic quantum systems in multi-site optical trapping potentials
先进的量子技术，如量子模拟，计算和计量学正在蓬勃发展的实施大规模配置的相同的量子系统。原子和分子的集合具有具有相同的固有性质的优点，但也需要放置在相同的环境中。在这项工作中，我们提出了一个强大的抑制退相效应和显着增加的相干时间的中性原子系综的光阱阵列。由光阱势引起的差分斯塔克位移的补偿是通过将第二近共振光场叠加到远失谐的捕获光上来实现的。通过Ramsey光谱分析二维偶极阱阵列中$^{85}$ {Rb}原子系综的超精细态相位演化，证明了所实现的相干演化同步.这里提出的实验方法不需要存在所谓的魔波长，并可扩展到其他原子物种被困在各种偶极陷阱配置的任意波长。
2019-05-14 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Probing surface charge densities on optical fibers with a trapped ion
我们描述了一种新的方法来测量表面电荷密度的光纤放置在附近的一个被困的离子，离子本身作为探针。表面电荷扭曲了捕获电位，当纤维被移位时，离子的平衡位置和长期运动频率被改变。我们测量后者的数量为不同位置的纤维和比较这些测量模拟中，未知的纤维上的电荷密度是可调参数。测定范围为$-10$至$+50$ e/ $μ$ m $^2$的值。我们的研究结果将有利于结合离子阱和集成光学的小型化实验系统的设计和模拟，例如，在量子计算，通信和计量学领域。此外，我们的方法可以应用于任何设置，其中介电元件可以相对于被捕获的电荷敏感粒子位移。
2020-03-30 physics.app-ph physics.optics 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
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
Trapped atoms and superradiance on an integrated nanophotonic microring circuit
研究实现了在集成纳米光子微环电路上囚禁多达70个冷原子，利用简并拉曼边带冷却获得近700ms寿命，并观察到原子向回音壁模式的超辐射衰变，为量子应用提供了可扩展途径。
2024-06-21 physics.atom-ph quant-ph
Photoassociation of multiple cold molecules in a dipole trap
本文通过在磁光阱中对Rb2进行光缔合获得精确振转光谱，并首次在光学偶极阱中实现多种振转态冷分子的光缔合，为同时制备不同种类冷分子及碰撞动力学研究提供了通用方法。
2024-02-25 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Fundamentals of Trapped Ions and Quantum Simulation of Chemical Dynamics
Rice University（莱斯大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文综述了囚禁离子系统的基本原理，探讨了其在量子模拟和化学动力学模拟中的应用，以及未来的发展方向和挑战。
2026-02-17 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Dynamics of a single trapped ion immersed in a buffer gas
我们提供了一个全面的理论框架，用于描述单个捕获离子与中性缓冲气体相互作用的动力学，从而扩展了我们以前对缓冲气体冷却离子超过临界质量比的研究[B]。Höltkemeier等人，物理修订信函116，233003（2016）]。通过将碰撞过程转化为一个框架，其中离子的微动被分配给缓冲气体原子，我们的模型允许一个调查的影响，非均匀的缓冲气体配置以及更高的多极订单的射频陷阱非常详细。根据中性离子的质量比，三个制度的交感冷却被确定其特征在于在平衡的离子的能量分布的形式。我们提供了这些不同制度的离子的能量分布，空间分布和冷却速率的解析表达式和数值模拟。基于这些发现，出现了通过减少缓冲气体的空间膨胀来主动降低离子能量的方法（强制交感冷却）。
2016-08-25 physics.atom-ph quant-ph
Super-molasses returns: All optical near-resonance laser cooling and trapping of neutral atoms from background vapor
Aquark Technologies Ltd（Aquark科技有限公司）；School of Physics & Astronomy, Nottingham University（诺丁汉大学物理与天文学学院）；Department of Physics, Swansea University（斯旺西大学物理系）
介绍一种替代激光阱，通过准直激光束简单几何结构，提供与速度和位置相关的恢复力形成冷原子云，无磁场下能产生与磁光阱相似原子数和密度，可冷却至低温，适用于多种应用。
2026-07-22 physics.atom-ph quant-ph
The Feasibility of a Fully Miniaturized Magneto-Optical Trap for Portable Ultracold Quantum Technology
使用激光冷却原子和离子的实验显示出在量子增强计量学、定时、导航和传感方面的实际应用以及在量子计算、网络和模拟方面的奇异作用的真正希望。许多这些实验的核心已经被转化为被称为原子芯片的微制造平台，其结构易于与更大的系统集成和未来的大规模生产。为了真正实现从实验室演示到实用、坚固的设备的飞跃，复杂的周边基础设施（包括真空系统、光学器件和激光器）也需要微型化和集成。在本文中，我们探讨了应用这种方法的磁光阱的可行性，将真空系统，原子源和光学几何形状到一个永久密封的微升系统，能够保持$10^{-10}$毫巴超过1000天的操作与被动泵单独。我们证明了这样的工程挑战是可以实现的，使用最新进展的半导体微加工技术和材料
2014-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det quant-ph
Resolved-sideband cooling of a single $^9$Be$^+$ ion in a Penning trap
本研究在潘宁阱中利用双光子受激拉曼过程实现单个$^9$Be$^+$离子的分辨边带冷却，达到平均声子数0.10(4)，为量子逻辑光谱学和精密测量奠定基础。
2023-11-12 physics.atom-ph quant-ph
Multi-ensemble metrology by programming local rotations with atom movements
本文通过移动镊子捕获原子实现光学跃迁的单点寻址，用于多系综拉姆齐干涉测量和动态去耦，提升原子钟的灵敏度与 interrogation 时间，展示了无纠缠的全可编程量子光学钟的潜力。
2023-12-06 physics.atom-ph quant-ph
Indirect Cooling of Weakly Coupled Trapped-Ion Mechanical Oscillators
本文提出利用囚禁势参量调制将弱冷却辐射耦合模式与强冷却辐射耦合模式耦合，实现囚禁离子晶体中难以直接冷却运动模式的间接近基态冷却，并在多种同种及混合离子晶体中验证了该方法的有效性。
2024-04-03 physics.atom-ph quant-ph
Microwave quantum logic gates for trapped ions
在量子水平上控制物理系统是计量学、信息处理、模拟和化学等领域科学家的共同目标。对于囚禁的原子离子，量子化的运动自由度和内部自由度可以用激光进行相干操纵。类似的控制很难用射频或微波辐射实现，因为内部自由度和运动之间的基本耦合需要在原子运动的范围内显著的场变化。对于自由传播的场，在这些频率下的场梯度可以忽略不计;然而，在小于自由空间波长的结构中，在微波电流的近场中可以产生更强的梯度。在这里报道的实验中，我们相干操纵的内部量子态的离子的时间尺度为20 ns。我们还利用适合于一般量子计算的门操作在两个原子的内部自由度之间产生纠缠。我们通过集成到微制造陷阱结构中的电极中的微波电流的磁场来实现这两种操作，并创建保真度为76（3）%的纠缠态。这种方法，其中量子控制机制以可扩展的方式集成到捕获设备中，可以潜在地有益于量子信息处理、模拟和光谱学。
2011-06-09 physics.atom-ph quant-ph
A robust and modular cesium magneto-optical trap using divergent laser beams
Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学学院）
该研究展示用于惯性量子传感等应用的优化磁光阱，通过发散冷却激光束和模块化光学元件设计实现稳定运行，经偏振梯度冷却产生低温原子样本，还在非传统几何结构中实现原子捕获。
2026-10-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Control of an atomic quadrupole transition in a phase-stable standing wave
本研究利用表面电极阱中的单个钙离子和集成光子器件产生的相位稳定驻波，通过空间映射Rabi频率与AC Stark位移，实现面向量子控制和计量的四极跃迁调控。
2023-06-06 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
Design, Fabrication and Characterization of nanoplasmonic lattice for trapping of ultracold atoms
芯片上的超冷原子阱增强了原子阱在量子信息处理、传感和计量中的实际应用。等离激元近场光学势是一种很有希望的原子囚禁方法。等离子体纳米结构和超冷原子的组合具有创建中性原子的二维阵列的潜力，其晶格间距小于由干涉光场创建的晶格--光晶格。我们报道了利用等离子体纳米结构设计、制作和表征中性原子的近场光阱纳米阵列。阵列的构建块是在ITO涂覆的玻璃基板的表面上制造的金属纳米盘。采用时域有限差分法数值模拟了纳米盘周围的电磁场分布，计算了$^{87}$ Rb原子的强度、光学势和偶极力。从制造的纳米结构产生的光学近场的实验特征在于通过使用近场扫描光学显微镜。我们发现当蓝失谐光场用于激发纳米结构时，光学势和偶极力具有捕获冷原子所需的所有特性。该阱可用于有效捕获和操纵孤立原子，也可用于产生具有亚光波长晶格间距的中性原子晶格。针尖对亚波长结构的影响会影响近场测量。我们提出了一种反褶积方法，从测量数据中提取实际的近场轮廓。
2018-10-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
