Ultrasensitive single-ion electrometry in a magnetic field gradient
本研究利用静态磁场梯度增强囚禁离子自旋与电场的耦合,实现亚Hz至约500 kHz范围内前所未有的直流与交流电场测量灵敏度。
2024-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-enhanced sensing of displacements and electric fields with large trapped-ion crystals
将超冷原子系统的隔离和控制发展到单量子的水平已经导致了量子传感的重大进展,但是通过利用纠缠在现实世界的应用中展示量子优势仍然是一项核心任务。在这里,我们实现了一个多体量子增强传感器检测微弱的位移和电场使用大晶体的$\sim 150$捕获的离子。晶体的质心振动模式作为高Q机械振荡器,集体电子自旋作为测量装置。通过在施加位移之前纠缠振子和集体自旋,并通过多体回波控制相干动力学,我们能够利用精细的自旋运动纠缠将位移映射到自旋旋转中,从而避免量子反作用并消除有害的热噪声。我们报告量子增强的灵敏度低于标准的量子极限和灵敏度测量电场的$240\pm10~\mathrm{nV}\mathrm{m}^{-1}$在$1$秒($240~\mathrm{nV}\mathrm{m}^{-1}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$)的$8.8 \pm 0.4~$ dB的位移。
2021-03-15 physics.atom-ph quant-ph
Quantum sensing of the phase space displacement parameters using a single trapped ion
介绍了一种利用单个囚禁离子作为量子探针来检测表征相空间位移的参数的量子传感方案。我们表明,由于激光诱导的离子的内部状态和运动模式之间的耦合的两个共轭参数描述的位移的估计,可以有效地执行由一组测量的原子状态的人口。此外,我们介绍了一个三参数协议能够检测的幅度,横向和相位的位移。我们描述的两个和三个参数的问题的不确定性的Fisher信息,并表明,状态投影测量饱和的基本量子克拉美罗界。
2018-01-15 quant-ph
Shortcuts to adiabaticity by counterdiabatic driving for trapped-ion displacement in phase space
绝热协议在量子技术中的应用受到噪声和退相干环境源的严重限制。通过反绝热驱动的绝热性捷径构成了一个强大的替代方案,它在模拟绝热动力学的同时加快了时间演化。在这里,我们提出了在连续变量系统中的反绝热驱动的第一个实验实施,一个捷径的绝热运输的被困离子在相空间中。由此产生的动力学相当于绝热轨迹的“快速运动视频”。该协议的鲁棒性优于基于经典局部控制和傅立叶优化方法的竞争计划。我们的研究结果表明,绝热性的捷径提供了一个强大的加速量子协议的量子技术的广泛适用性。
2019-07-11 physics.atom-ph quant-ph
Further quantum-gate methods using selective displacement of trapped ions
我们考虑利用离子的状态选择性位移来设计囚禁离子的量子门。我们推广以前的工作,以治疗任意分离的陷阱。这需要估计库仑相互作用引起的非谐性的影响。我们表明,它的影响总是足够小,允许高保真度。特别地,该方法可以应用于同一阱中的两个离子。我们还表明,非相邻离子之间的门,因此Toffoli(三量子位控制非)门,可以实现。我们讨论了如何将该门应用于编码在无消相干子空间中的逻辑量子比特。|01>,|10>},其中每对离子存储单个量子位。我们还建议替代自旋回波方法,以抑制不必要的条款的演变。
2004-02-06 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
Generation of a single ion large oscillator
我们证明了一个捕获的离子振荡器具有大的振荡幅度$16.9~{\rm μm}$的产生。向离子阱电极施加偏移电压有助于在5ns的时间尺度内实现阱中心的位移。分析了离子位移后的荧光动力学,以估计振荡幅度。实现的陷阱位移是一个数量级以上,在以前的工作中实现。因此,这一结果是实现使用单个捕获离子的陀螺仪的重要一步。
2021-03-30 physics.atom-ph quant-ph
Improving broadband displacement detection with quantum correlations
干涉仪能够在从引力波搜索到力显微镜的广泛应用中实现超灵敏测量。量子力学在干涉仪极限中的作用有着丰富的历史,人们提出了大量超越常规极限的技术。在典型的测量配置中,探针的散粒噪声(不精确性)和其量子反作用之间的权衡导致了所谓的标准量子极限(SQL)。在这项工作中,我们研究了如何通过修改干涉仪的读出访问量子相关可以访问物理超越SQL和提高位移灵敏度。具体来说,我们使用光学腔来探测氮化硅膜脱离机械共振的运动,就像在宽带位移或力测量中所做的那样,并且观察到比SQL更好的灵敏度来确定我们的量子效率。我们的测量说明了被称为\textit{variational readout}的技术背后的核心思想,其中光学读出正交作为频率的函数被改变,以改善宽带位移检测。更一般地说,我们的结果是一个突出的例子,说明相关性如何在存在反作用的情况下帮助感知。
2017-03-07 quant-ph
Coherently displaced oscillator quantum states of a single trapped atom
通过激光诱导的运动边带相互作用,简谐束缚离子的相干位移谐振子数态可以耦合到离子的两个内部态。内部状态随后可以通过状态相关荧光在投影测量中读出,具有近单位保真度。这导致了丰富的一组线的形状时,记录边带激发后的内部状态的激发概率,作为位移驱动相对于离子的运动频率的频率失谐的函数。我们精确地表征的相干位移的基础上产生的线的形状,表现出尖锐的功能,是有用的振荡器频率确定从单量子制度到非常大的相干态,平均占用数为几百。我们还介绍了一种基于多个相干位移和自由进动的技术,用于表征在500 Hz至400 kHz的频率范围内的陷阱电位上的噪声。来自离子的信号被直接用于发现和消除光谱中通常无法访问的部分中的技术噪声源。
2018-11-01 physics.atom-ph quant-ph
Entangling-gate error from coherently displaced motional modes of trapped ions
捕获离子量子计算中的纠缠门主要针对具有初始运动分布的静止离子,所述初始运动分布是热的并且接近于基态。然而,未来的系统将可能由于例如以下原因而引起显著的非热激励,离子传输、更长的操作时间和阱阵列的增加的空间范围。在本文中,我们分析了这种相干运动激发对纠缠门误差的影响,通过对一对被困离子量子比特进行Molmer-Sorenson(MS)门的模拟,其中热激发和相干激发都存在于门开始时的共享运动模式中。我们发现,少量的相干位移显着侵蚀门的性能在实验噪声的存在下,我们证明,只施加有限的控制相位的位移可以抑制这种错误。然后,我们使用的实验数据,从传输离子的MS门误差在现实条件下的相干位移的影响进行分析。
2021-09-10 quant-ph
Direct characteristic-function tomography of quantum states of the trapped-ion motional oscillator
实现了囚禁钙离子运动振荡量子态对称特征函数的直接读出。使用适当选择的内部电子状态相关的位移双色激光场的基础上,我们映射的位移算子的实部或虚部的期望值的内部状态,随后使用荧光检测读出。结合两个读出结果提供了关于对称特征函数的全部信息。我们通过将其应用于一系列原型量子振子态,包括位移和压缩高斯态以及在连续变量量子计算中应用的位移压缩态的两个和三个分量的叠加,来表征该技术的性能。对于每一个,我们讨论的特征函数和维格纳相空间准概率分布的相关功能。使用减少的测量次数直接重建这些高度非经典的振荡器状态是理解和优化这些系统的控制用于量子传感和量子信息应用的必要工具。
2019-07-15 physics.atom-ph quant-ph
$N$-body interactions between trapped ion qubits via spin-dependent squeezing
我们描述了一个简单的协议,一步产生的$N$体纠缠相互作用之间的原子离子量子比特。我们证明了依赖于量子比特态的压缩操作和对集体原子运动的位移力可以产生完整的$N$ -体相互作用。类似于大多数陷波离子量子计算机和模拟器核心的莫默-索伦森两体伊辛相互作用,所提出的操作对运动状态相对不敏感。我们展示了这种$N$ -体门操作如何允许一步实现一系列$N$ -位门操作,例如强大的$N$ -Toffoli门,当且仅当所有其他$N$ - $1$量子位处于特定状态时,该门才翻转单个量子位。
2022-08-05 physics.atom-ph 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
Direct observation of the optical Magnus effect with a trapped ion
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);Paul Scherrer Institut (PSI)(保罗谢尔研究所);Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所);University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学);Department of Physics, University of Trieste(的里雅斯特大学物理系);QuSoft
本研究通过被困离子直接观测光学Magnus效应,揭示了光的自旋-轨道耦合对原子-光相互作用剖面的横向位移影响,并建立了极化梯度相互作用的物理基础。
2026-01-30 physics.atom-ph quant-ph
Geometric quantum gate for trapped ions based on optical dipole forces induced by Gaussian laser beams
我们提出了一个量子逻辑门的实现通过内部状态依赖的位移的离子在一个线性的保罗陷阱所造成的光学偶极力。基于系统动力学的一般量子分析,我们考虑碱土金属离子的具体实现。对于实验上真实的参数,可以获得低至$10^{-4}$的门不稳定性。
2004-06-25 quant-ph
Entangled coherent states and squeezing in N trapped ions
我们考虑了N个被囚禁离子的共振双色激发,在离子内部态的条件下,在它们的集体运动中产生位移和压缩,最终产生薛定谔猫态和纠缠压缩。此外,我们还研究了四色照明或在两个运动简正模中产生所谓的纠缠相干态的情况。
2002-02-13 quant-ph
Phase-stable free-space optical lattices for trapped ions
我们证明了相对于一个单一的捕获离子的绝对相位的光晶格的控制。该晶格是由非共振自由空间激光束产生的,我们通过测量其在囚禁离子上的交流斯塔克位移来主动稳定其相位。离子被定位在驻波内,以优于其周期的2%。锁定晶格允许我们通过在相空间中具有受控方向的谐振光学力来施加位移操作。此外,我们还观察了自旋叠加态的晶格诱导相位演化,以分析相关的退相干机制。最后,我们利用晶格诱导相移,在157~ $μ$ m的范围内,沿阱轴方向推测离子位置的变化,其精度优于6~nm。
2015-07-18 physics.atom-ph quant-ph
The theory of heating of the quantum ground state of trapped ions
利用位移算符理论,分析了囚禁离子振动基态的减布居。发现了两个加热时间,一个表征短时间行为,另一个表征长时间行为,分析了单离子和多离子的短时间行为,导出了不同模式的相对加热率公式。考虑了通过量子芝诺效应校正加热的可能性,以及利用抑制高次模加热来减少量子计算中的误差。
1998-04-20 quant-ph
Motional squeezing for trapped ion transport and separation
捕获离子晶体的传输、分离和合并是大多数大规模量子计算架构的基本操作。在这项工作中,我们开发了一个理论框架,它描述了动态的离子随时间变化的潜力与运动挤压运营商,其次是运动位移运营商。使用这个框架,我们开发了一个新的,一般的协议被困离子的运输,分离和合并。我们表明,运动压缩可以准备一个离子波包,使转移从基态的一个陷阱势到另一个。如果电势在所有时间在离子波包的范围上是谐波,则框架和协议是适用的。作为例证,我们讨论了两个具体的操作:改变单个离子的限制势的强度,和分离同种离子的相互库仑力。理想情况下,这两种操作都没有残余运动激励。
2021-05-03 physics.atom-ph quant-ph
Programmable N-body interactions with trapped ions
研究扩展标准Mølmer-Sørensen成对纠缠门,提出一种在囚禁离子N个自旋间产生可控可编程耦合的机制,通过自旋相关光学力实现相空间非线性位移,并构建高阶自旋哈密顿量与门的系统框架。
2022-07-21 physics.atom-ph quant-ph
Generation of Kerr non-Gaussian motional states of trapped ions
非高斯态是连续变量体系中量子信息协议的一个重要资源。猫状态,特别是,已被困离子的运动自由度的离子内部状态依赖于控制位移。另一种方法利用了这种系统中自然存在的克尔非线性。我们提出了详细的计算确认其可行性的典型实验条件。此外,该方法允许产生具有负维格纳函数的复杂非高斯态。特别是,许多相干态的叠加是在一小部分的时间内产生猫态。
2011-05-24 quant-ph
Quantum amplification of mechanical oscillator motion
对自然界中最弱的力的探测和对新物理学的探索都得益于对机械振荡器运动的日益灵敏的测量。然而,对振荡器运动的可获得的知识受到量子涨落的限制,即使振荡器处于其最低可能的能量状态也存在量子涨落。在这里,我们展示了一个广泛适用的技术,用于放大相干位移的机械振荡器的初始幅度远低于这些零点波动。当在小位移之前和之后施加两个正交的"压缩"相互作用时,位移被放大,理想情况下没有增加量子噪声。我们用一个捕获离子的机械振荡器实现了这个协议,并测量到对小位移的灵敏度增加了17.5(3)分贝。
2018-12-05 physics.atom-ph quant-ph
Sensitive detection of the Rydberg transition in trapped electrons on liquid helium using radio-frequency reflectometry
Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) Graduate University(冲绳科学技术大学院大学);Hokkaido University(北海道大学)
该研究利用射频反射法探测液氦中被捕获电子的里德伯跃迁,通过分析射频电路阻抗的变化来检测量子态的激发,并通过实验和数值模拟验证了横向运动而非垂直位移是导致响应的原因。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
State-dependent Gaussian gate set using an optical tweezer for trapped ions
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);Paul Scherrer Institut (PSI)(保罗谢尔研究所);Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所);Department of Physics, University of Trieste(的里雅斯特大学物理系);Quantum Center, ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院量子中心)
本文利用光镊对囚禁40Ca+离子的运动模式实现态依赖的高斯门集,包括局部位移、压缩、相空间旋转和分束器操作,并通过光镊的相干自旋-运动耦合产生运动猫态。
2026-07-02 physics.atom-ph quant-ph
Spectroscopy and Thermometry of Drumhead Modes in a Mesoscopic Trapped-Ion Crystal using Entanglement
我们证明了光谱和测温的介观二维离子阵列中使用纠缠引起的退相干作为一种方法的转导的个别运动模式。我们的系统是一个$\sim$ 400 $μ$ m直径的平面晶体的几百个$^9$是$^+$离子表现出复杂的鼓面模式的潘宁陷阱的限制电位。利用精确控制的$^9$是$^+$价电子自旋,我们应用一个均匀的自旋相关的光偶极子力,激发任意的横模的有效波长接近粒子间的间距($\sim$ 20 \nolinebreak $μ$ m)。低于1 nm的质心位移检测通过纠缠的自旋和运动自由度。
2012-07-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Interference-enhanced optical force detection of weak light fields using a levitated nanoparticle
本研究提出一种基于干涉的方法,通过让弱光场与光镊的强捕获光束干涉来放大弱场对纳米粒子的光力,在适度真空下实现皮瓦级灵敏度的非破坏性光场检测,并有望用于单光子水平的光机械相互作用探索。
2025-07-17 physics.optics 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
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
Robust two-qubit trapped ions gates using spin-dependent squeezing
纠缠门是量子计算机的重要组成部分。然而,以可扩展的方式生成高保真度门仍然是所有量子信息处理平台中的主要挑战。因此,提高这些门的保真度和鲁棒性一直是近年来的研究热点。在捕获离子量子计算机中,纠缠门是通过驱动离子链的正常运动模式来执行的,从而产生自旋相关力。尽管在提高这些门的鲁棒性和模块化方面取得了重大进展,但它们仍然对驱动场强度的噪声敏感。在这里,我们补充了传统的自旋相关的位移与自旋相关的压缩,这使得门是强大的驱动场的振幅偏差。我们解决了一般的哈密顿量和工程分析其频谱。我们还赋予我们的门其他,更传统的,鲁棒性的属性,使其弹性的噪声和不准确的许多实际来源。
2022-07-04 quant-ph
Sequential modular position and momentum measurements of a trapped ion mechanical oscillator
位置和动量观测值的非对易性是量子物理学的标志性特征。然而,这种不相容性并不延伸到这些基本变量中周期性的可观测量。这种模变量观测量已被建议作为容错量子计算和增强的量子传感的工具。在这里,我们实现了连续测量的模块化变量的振荡运动中的一个单一的被困离子,使用状态相关的位移和一个预示着非破坏性的读出。我们调查的交换性质的模块化变量可观的连续测量之间的时间证明没有信号,使用各种输入状态。在存在量子干涉的情况下,我们使用压缩输入态来增强,不同周期的测量显示了信号的时间。连续测量允许我们提取模变量的两次迭代,我们使用它来违反Leggett-Garg不等式。实验涉及多达8个相干、压缩或Fock态波包的多分量叠加的控制和相干性。信号的时间以及Leggett-Garg不等式作为有效的量子证人,我们在这里探测与机械振荡器,一个系统,它有一个自然的交叉从量子到经典政权。
2017-09-29 physics.atom-ph quant-ph
Motional Fock states for quantum-enhanced amplitude and phase measurements with trapped ions
真空态的非零涨落是量子理论的显著特征。这些波动从根本上限制了量子传感器的精度。如今,一些系统,如光学时钟,引力波探测器,物质波干涉仪,磁力计和光机系统接近测量灵敏度,其中量子涨落的影响设置了一个基本的限制,所谓的标准量子限制(SQL)。有人提出,SQL可以通过压缩真空涨落来克服。该方案的实现已在各种系统中得到证明。然而,基于挤压真空的协议关键地依赖于挤压相对于压印测量量的操作的相对取向的精确控制。缺乏控制会导致噪声放大并降低设备的灵敏度。在这里,我们实验证明了一种新的量子相干范式的基础上相位不敏感的Fock态的运动状态的被困离子,在频率计量和位移检测的应用。该测量装置用于两个不同的实验设置探测非交换可观的SQL以外的灵敏度。在这两种测量中,经典的准备和检测噪声足够小,以保持量子增益在一个完整的双稳态协议。
2018-07-05 physics.atom-ph quant-ph
Towards Improved Quantum Simulations and Sensing with Trapped 2D Ion Crystals via Parametric Amplification
提高相干性是量子模拟和捕获离子传感实验中的一个基本挑战。在这里,我们讨论,实验证明,并估计两种不同的协议,增强,通过运动参数激发,相干自旋运动耦合的离子获得与自旋相关的力的潜在影响。实验是在大约100个$^9$ Be $^+$离子的二维晶体阵列上进行的。通过在接近质心模式频率的两倍处调制捕获势,我们挤压运动模式并增强自旋-运动耦合,同时保持自旋相干性。使用频闪方案,我们测量了基态运动以下的运动压缩的$5.4 \pm 0.9$ dB,由此理论预测了使用最近证明的方案测量小位移的灵敏度的$10$ dB增强[Science $\textbf{373}$,673(2021)]。利用连续压缩方案,我们测量并精确校准了参数耦合强度。理论表明,该协议可以用于改善量子自旋压缩,在我们的系统中受到非共振光散射的限制。我们用数值方法说明了强参数放大和以质量中心频率波动形式出现的运动失相之间的权衡,以改善我们装置中的量子自旋压缩。
2023-03-29 physics.atom-ph quant-ph
Encoding a qubit in a trapped-ion mechanical oscillator
量子计算机的稳定运行将依赖于纠错,其中单个量子比特的信息冗余地存储在更大系统的希尔伯特空间中。这种编码的量子位通常基于许多物理量子位的阵列,但也可以使用单个高维量子系统(如谐振子)来实现。从位置本征态的周期性间隔叠加形成强大的编码。已经提出了各种建议来实现这种状态的近似值,但这些建议迄今为止仍然遥不可及。在这里,我们展示了这样一个编码的量子比特使用一个单一的捕获钙离子的谐波运动的位移压缩态的叠加,通过耦合到一个辅助的内部状态量子比特控制和测量振荡器。我们准备和重建逻辑状态的平均平方保真度为$87.3 \pm 0.7 \%$,并展示了一个通用的逻辑单量子位门集,我们分析使用过程层析成像。对于泡利门,我们达到$\approx 97\%$的过程并行性,而对于连续旋转,我们使用门隐形传态实现$\approx 89 \%$的并行性。该控制方法为探索连续变量误差校正以及使用离散变量和连续变量的混合量子信息方案开辟了一条途径。代码状态也直接应用于量子传感,允许同时测量位置和动量的小位移。
2018-07-03 physics.atom-ph quant-ph
Programmable Polaron Models and Tomography in Trapped-Ion Quantum Simulators
Institute for Theoretical Physics, ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院理论物理研究所);IBM Quantum, IBM Research – Zurich(IBM量子,IBM苏黎世研究中心);Department of Physics and Astronomy and Smalley-Curl Institute, Rice University(莱斯大学天体物理学与天文系及Smalley-Curl研究所);California Institute of Technology(加州理工学院)
本文提出囚禁离子方案实现可编程自旋-声子哈密顿量,引入位移格林函数开展极化子光谱与层析成像研究,结合关联测量揭示耦合空间范围对极化子形成与迁移率的影响。
2026-10-15 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Directional Motional Control via Engineered Conical Intersections in Trapped Rydberg Ions
本文利用量子最优控制技术,通过在囚禁里德堡离子中设计锥形交叉来打破动力学对称性,实现了高保真度的方向性运动波包控制,为量子信息处理中的门操作提供了新资源。
2025-09-14 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
Trapped ions in laser fields: A benchmark for deformed quantum oscillators
本文将Vogel和de Matos Filho认为的囚禁离子暗态的非线性相干态的某些性质推广到圆上的非线性相干态,并给出了圆上非线性相干态的Wigner函数。这些状态是通过对真空态应用适当的位移算符$D_{h}(α) $得到的。在投影仪$| α, h> < α, h^{-1}| ,| α, h^{-1}> < α, h| $方面的单位分辨率与允许在$| α, h> < α, h| $方面的分辨率的测量一起呈现。$D_{h}(α) $也被用来引入概率分布函数$ρ_{A,h}(z) $,而存在的措施是利用扩展的P-表示这些状态。当$n$增长到无穷大时,NCS的第n个Fock态相对于具有Lamb-Dicke参数$η,$的被俘获离子的权重振荡得如此剧烈,以至于归一化的NCS填充了复$α$平面中的开口圆$η^{-1}$。此外,这防止了仅包括可归一化状态的度量的存在。这个困难是克服了引入一个家庭的变形是合理的功能n,他们每个人都承认一个措施。通过增加这些有理近似的程度,被捕获离子的变形可以以任何程度的精度近似,并且可以应用P-表示的形式主义。
2000-03-28 quant-ph
Two-mode squeezing and SU(1,1) interferometry with trapped ions
该研究利用囚禁电极上的振荡电势,在单个囚禁离子的两个运动模式上实现位移、压缩、双模压缩和分束器操作,并构建接近 Cramér-Rao 界的 SU(2) 与 SU(1,1) 干涉仪。
2024-07-02 quant-ph
Bitwise Bell inequality violations for an entangled state involving 2N ions
从以前的工作[J。Larsson,Phys.Rev.A67,022108(2003)],对于涉及2N个捕获离子的特定纠缠态,考虑基于二进制数字之间的相关性的贝尔不等式。这些不等式涉及将位移操作应用于一半的离子,然后测量N个特定离子的质量中心声子数的二进制表示中的对应位对之间的相关性。结果表明,状态违反的不等式,从而显示非经典相关。同时证明了用压缩操作代替位移时,它违反了一个贝尔不等式。
2004-03-12 quant-ph
Heuristics for Shuttling Sequence Optimization for a Linear Segmented Trapped-Ion Quantum Computer
Université de Sherbrooke(舍布鲁克大学);Johannes Gutenberg University(约翰内斯·古腾堡大学)
本文提出一种优化线性分段囚离子量子计算机穿梭序列的启发式方法,通过改进的qubit映射和算法集成,减少穿梭操作次数,降低资源消耗。
2026-03-13 quant-ph
Real-time collisions of fractional charges in a trapped-ion Jackiw-Rebbi field theory
Instituto de Física Teórica UAM-CSIC, Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学理论物理研究所);University of Innsbruck(因斯布鲁克大学);Institute for Quantum Optics and Quantum Information of the Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院量子光学与量子信息研究所)
研究通过囚禁离子量子模拟器探索Jackiw-Rebbi模型中分数电荷的实时碰撞行为,揭示反作用和量子涨落对分数化费米子稳定性的影响。
2026-02-17 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Scheme and Experimental Demonstration of Fully Atomic Weak Value Amplification
在本文中,我们探讨了利用纯原子自由度实现弱值放大(WVA)的可能性。我们的方案将单个囚禁$^{40}$ Ca $^+$离子的内部电子态和外部运动态分别标识为系统度和指针度,它们之间的可控弱耦合由双色光场提供。在我们的实验演示中,通过对内部状态进行适当的后选择,被捕获离子的4埃(在相空间中)的位置位移被放大到10纳米。还证明了放大效应对量子态相对相位的敏感性。该程序的高度操作灵活性允许充分探索WVA的特性。
2019-11-16 quant-ph
Quantum Lock-in Force Sensing using Optical Clock Doppler Velocimetry
力传感器是原子力显微镜或惯性传感\cite{RMPforce2003, Rugar2004, YazdiIEEE}等不同技术的核心。这些传感器通常依赖于在施加的力下机械振荡器的位移幅度的测量。这样的机械振荡器的例子包括微制造的杠杆\cite{YazdiIEEE}、碳纳米管\cite{NanotubeForce}以及单捕获离子\cite{Bollinger, Udem}。当力以振荡器的机械谐振频率交变时,通常实现最佳灵敏度,从而通过机械品质因数增加其响应。低于共振的低频力的测量是一项更困难的任务,因为产生的振荡幅度明显较低。在这里,我们使用单个捕获的$^{88}Sr^{+}$离子作为力传感器。离子被捕获在线性谐波阱中,并且以远低于阱共振频率的频率被电驱动。为了能够测量运动的小幅度,我们结合了两种强大的技术。力的大小由测量的原子光学钟跃迁的周期性多普勒频移确定,并且量子锁定技术用于相干地累积在不同的力半周期期间获得的相位。我们证明了力检测时的振荡力是相位同步的量子锁定序列,当它是异步和报告频率的力检测灵敏度低至$5.3\times10^{-19}\frac{\mathrm{N}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}$。
2016-02-27 physics.atom-ph quant-ph
Boundary-Phase Control of Sequentially Addressed Trapped-Ion ZZ Interactions
研究顺序寻址俘获离子ZZ相互作用的边界相位控制,通过复振幅近共振描述、匹配包络相位和对比度控制、波形合成及简化自旋映射等方法,给出条件拉姆齐协议对比度预测,比较顺序控制与同时控制,提供可实验测试的控制资源。
2026-07-27 quant-ph
A single-atom 3D sub-attonewton force sensor
所有的物理相互作用都是由力介导的。因此,超灵敏力测量是研究磁、原子、量子和表面现象的基础物理的重要工具。激光冷却囚禁原子离子是一种可控的量子系统,是精密计量的标准平台。它们的低质量、强库仑相互作用和容易检测的荧光信号使得被捕获的离子有利于进行高灵敏度的力测量。在这里,我们展示了一个三维亚牛顿灵敏度力传感器的基础上的超分辨率成像的荧光从一个单一的激光冷却$^{174}$ Yb $^+$离子在保罗陷阱。该力通过测量纳米精度的净离子位移来检测,并且不依赖于机械振荡。观察到的灵敏度分别为372 $\pm$ 9 $_\mbox{stat}$、347 $\pm$ 12 $_\mbox{sys}\pm$ 14 $_\mbox{stat}$和808 $\pm$ 29 $_\mbox{sys}\pm$ 42 $_\mbox{stat}$ zN/ $\sqrt{\mbox{Hz}}$,对应于量子极限的24 x、87 x和21 x。我们通过测量离子上95 zN的轻压力独立验证了该设备的准确性,这是任何基于光学的力传感器中的重要系统效应。该技术可以应用于感测来自共捕获的生物分子或纳米颗粒的在捕获器外部或内部的DC或低频力。
2017-03-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Zeptonewton force sensing with nanospheres in an optical lattice
在高真空中的光学捕获的纳米球经历小的摩擦,因此是有前途的超灵敏力检测。在这里,我们证明了测量时间超过$10^5$秒和zeptonewton力的灵敏度与激光冷却的二氧化硅纳米球被困在一个光晶格。实现的灵敏度超过了传统的室温固态力传感器,并使各种应用,包括电场传感,惯性传感和重力测量。光势允许粒子被限制在许多可能的捕获位点中,在光学驻波的波腹处具有精确的定位。通过研究已经移动到相邻捕获位置的颗粒的运动,可以使用已知的晶格腹节点的间距来校准颗粒的位移谱。最后,我们研究了陷阱的稳定性和寿命对激光强度和气压的依赖关系,并考察了在没有光反馈冷却的情况下,粒子在高真空中的加热速率。
2016-03-09 physics.optics quant-ph
Line search by quantum logic spectroscopy enhanced with squeezing and statistical tests
Leibniz Universität Hannover(汉诺威莱布尼茨大学);Physikalisch-Technische Bundesanstalt(德国联邦物理技术研究院)
本文通过压缩态和统计测试提升量子逻辑光谱学的搜索速度,有效减少状态制备和测量误差,实现搜索速度提升一个数量级。
2026-03-19 quant-ph
One Aperture, Two Colors: Depth-Allocated Bilayer Silicon Nitride Gratings for Trapped-Ion Addressing
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore(新加坡国立大学量子技术中心)
研究囚禁离子硬件中多波长光学控制的缩放瓶颈问题,提出用垂直堆叠氮化硅双层的架构,经多级深度分配变迹等方法,实现单孔径双色离子寻址,模拟和实验证实其性能,为紧凑型多色光子接口提供途径。
2026-09-22 physics.optics quant-ph