A cryogenic radio-frequency ion trap for quantum logic spectroscopy of highly charged ions
本文介绍了一种用于高电荷态离子量子逻辑谱的低温射频离子阱系统。它包括一个分段的线性保罗陷阱，在真空成像透镜和螺旋谐振腔。我们证明了基态冷却的所有三种模式的运动的一个单一的$^9$是$^+$离子，并确定它们的加热速率以及过量的轴向微动。该陷阱显示了迄今为止公布的最低水平的电场噪声之一。我们调查的磁场噪声抑制在低温屏蔽由分段铜，所产生的磁场稳定性在离子的位置和所产生的相干时间。使用这种陷阱结合电子束离子阱和减速束线，我们已经能够捕获单个高电荷的Ar $^{13+}$（Ar XIV）离子同时与单个的$^+$离子，高电荷离子的第一个量子逻辑光谱的关键先决条件。
2019-01-10 physics.atom-ph
Combined ion and atom trap for low temperature ion-atom physics
我们报道了一种同时捕获空间重叠的离子和冷原子的实验装置和技术。这种装置的动机是在从热到超冷的温度范围内研究离子-原子过程。这个领域是一个很大程度上未经探索的物理学领域与冷囚禁原子。在这篇文章中，我们讨论了结合这两个陷阱的一般设计考虑，并提出了我们的实验装置。离子阱和原子阱的特征彼此独立。两者的同时操作，然后描述和实验签名的离子和冷原子的相互影响。最后，简要讨论了这种仪器在物理和化学中的几个问题上的应用。
2011-04-13 physics.atom-ph
Transverse Kinematics of Ion Stored in an Electrostatic Ion Beam Trap
我们目前的实验结果，以及数值模拟，存储在静电离子束阱中的离子的横向速度分布。测量结果表明，横向速度分布约为纵向速度的1%，离子充满了整个横向稳定相空间。我们还表明，离子从陷阱的损失，由于从残留气体的分子的多重散射是一个重要的因素，限制了光束的寿命。
2005-03-14 physics.atom-ph
Evaporation of buffer gas-thermalized anions out of a multipole rf ion trap
我们确定平原蒸发的离子作为基本的损失机制的多极离子阱。使用热化负Cl-离子，我们发现，蒸发损失率是成正比的玻尔兹曼因子。这种热力学描述揭示了新的光粒子的动态随时间变化的限制潜力。它特别允许我们提取离子阱的有效深度作为蒸发的激活能。作为一个函数的射频振幅，我们发现两个不同的制度有关的运动的稳定性被困离子。对于低振幅，整个陷阱允许稳定的运动，陷阱深度随射频场增加。然而，对于较大的射频振幅，快速的能量转移，从外地的离子运动可以发生在大的陷阱半径，这导致有效的捕获体积的减少。在这种情况下，陷阱深度再次随着射频振幅的增加而减小。我们给出了一个分析参数化的陷阱深度为各种多极陷阱，允许预测的最有利的捕获条件。
2007-05-02 physics.atom-ph
Measurement of electric-field noise from interchangeable samples with a trapped-ion sensor
我们演示了使用一个单一的捕获离子作为传感器探测电场噪声从可互换的测试表面。作为原理的证明，我们测量的幅度和距离依赖性的电场噪声从两个离子阱样样品与图案化的金电极。这种捕获的离子传感器可以与其他表面表征工具相结合，以帮助阐明从离子阱表面产生电场噪声的机制。这样的噪声对执行大规模捕获离子量子计算提出了重大障碍。
2021-09-10 physics.atom-ph
Dynamics of ion cloud in a linear Paul trap
为了研究离子云的动力学特性，实现对离子云中单个离子的高精度测量，我们研制了一种线性离子阱装置，并对氮分子离子云的动力学特性进行了研究。陷阱操作的稳定性进行了研究，指出在广泛的稳定区域内的不稳定区域的观察窄的非线性共振。用电偶极激发的方法测量了囚禁离子振荡的特征频率，得到了囚禁离子振荡的运动谱。应用该方法研究了径向平面内的空间电荷效应和轴向耦合。
2013-06-24 physics.atom-ph
Novel radio-frequency ion trap with spherical geometry
研究了单离子在一种新型球形射频四极离子阱中的囚禁情况。对球形离子阱进行了优化，通过消除电八极矩来抑制其非线性。因此，获得了与理想四极离子阱（QIT）非常相似的捕获势和因此的电场。之后，三个稳定区域的优化SIT的数值计算。这些区域与文献中报道的理想QIT的区域吻合得很好。其原因是由于我们提出的陷阱的零电八极矩。与传统的双曲四极离子阱相比，SIT简单的几何形状和相对容易的制造以及其增加的捕获体积使其成为小型化的适当选择。
2014-11-09 physics.atom-ph
Optimised surface-electrode ion-trap junctions for experiments with cold molecular ions
我们讨论了两种类型的表面电极射频离子阱阵列，使集成的实验与同情冷却的分子离子的单片芯片设备之间的结的设计和优化。一个多目标的优化程序适用于一个任意的平面结的详细描述，并讨论了四个四极子之间的交叉结以及一个四极子到八极子结的结果。基于这些优化的功能元件，我们提出了一个多功能的离子阱芯片的实验与冷分子离子的温度在毫开尔文范围内。这项研究打开了大门，扩展复杂的芯片为基础的捕获技术，库仑结晶分子离子在质谱，光谱，控制化学和量子技术的潜在应用。
2017-01-23 physics.atom-ph
A planar multipole ion trap
我们报告的实现基于芯片的多极离子阱制造的微机电系统（MEMS）技术。它提供了离子约束在一个几乎无场的体积之间的两个平面的射频电极，沉积在玻璃基板上，这允许光学访问的陷阱。提出了有效俘获势的解析模型，并与数值计算进行了比较。实现了对氩离子的稳定捕获，测得寿命为16秒。静电荷的芯片表面的研究，发现同意的数值估计。
2007-12-10 physics.atom-ph
An ultralow-noise superconducting radio-frequency ion trap for frequency metrology with highly charged ions
提出了一种新型的超稳超导射频离子阱，它由射频腔和线性Paul阱组合而成。它的RF四极模在34.52 MHz，在4.1 K的温度下达到$Q\approx2.3\times 10^5$的品质因数，并用于径向限制离子在超低噪声赝势。预期此概念强烈抑制运动加热速率及相关频率偏移，所述运动加热速率及相关频率偏移限制用于频率计量的先进离子阱中所实现的最终准确度。超导阱通过其低振动低温冷却系统、电子束离子阱和提供高电荷离子（HCI）的减速束线运行，为离子种类的光学频率计量提供了理想的条件。我们报告其验证的原理操作作为一个四极质量过滤器与HCI，并捕获多普勒冷却${}^9\text{Be}^+$库仑晶体。
2021-02-04 physics.atom-ph
Second-order Doppler frequency shifts of trapped ions in a linear Paul trap
通过实验和分子动力学（MD）模拟，研究了线性Paul阱中囚禁离子的二阶多普勒频移（SODFS）的精确估算。被囚禁离子在陷阱中的运动有三个贡献，我们专注于离子的过量微动，这是很少讨论时评估SODFS。基于离子密度沿径向均匀分布的假设，本文提出了一个新的模型来精确计算离子微波钟的总SODFS。模型的有效性在模拟和实验中得到了验证，特别是对于温度小于100 mK的离子系综。我们相信，我们的新模型提供了准确评估的SODFS的离子阱，特别是那些基于大离子云的激光冷却离子微波钟的优势。
2022-06-16 physics.atm-clus physics.atom-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
A double ion trap for large Coulomb crystals
虽然线性射频陷阱在高精度光谱学和量子信息中有各种应用，但其高阶表亲线性多极陷阱几乎只用于物理化学。最近，第一个实验显示出有趣的功能，激光冷却多极囚禁离子云。多极阱在其中心显示出更平坦的电势，因此与四极阱相比，其密度分布被修改。微运动是一个重要的问题，它必然会影响结晶离子结构的动力学。我们的实验倾向于调查可能的结晶过程中的多极。在更一般的方式，我们感兴趣的是在不同的几何形状的陷阱中的大离子云的动力学和热力学的研究。
2013-03-26 physics.atom-ph
Hybrid ion, atom and light trap
我们提出了一个独特的实验安排，允许同时捕获和冷却的离子和中性原子，在法布里-珀罗（FP）腔。这种混合阱实验的多功能性使得能够对捕获的混合物进行各种研究。这种混合陷阱系统的生产背后的动机进行了解释，其次是如何把实验的细节放在一起。已经与该系统进行了几个实验，并与该系统的一些机会进行了讨论。然而，主要的重点是集中在有关的方面被困离子，在这个混合系统。
2013-12-10 physics.atom-ph
Multilayer ion trap technology for scalable quantum computing and quantum simulation
我们提出了一种新的离子阱的制造方法，使多层离子阱的实现可扩展到原则上任意数量的金属介电水平。我们基准我们的方法通过制造一个多层离子阱集成三维微波电路。我们证明了离子捕获和微波控制的超精细态的激光冷却$\,^{9}$是$^{+}$离子在35 $\,μ$米以上的陷阱表面的距离举行。该方法可用于实现大规模离子阱阵列，用于可扩展的量子信息处理和量子模拟。
2018-12-05 physics.atom-ph quant-ph
Operation of a Microfabricated Planar Ion-Trap for Studies of a Yb$^+$-Rb Hybrid Quantum System
为了研究原子离子与超冷中性原子的相互作用，对离子晶体的定位进行亚$μ$ m控制是非常重要的。为此，我们介绍了一个微型平面离子阱具有21个直流电极。离子阱由自制的FPGA电压源控制，该电压源向每个DC电极提供独立可变的电压。为了确保离子晶体相对于被捕获的中性原子的稳定定位，我们集成到整体设计中的一个紧凑的镜面磁光芯片陷阱（mMOT）的冷却和限制中性$^{87}$ Rb原子。本文介绍了原子-离子混合芯片、微加工平面离子阱，并利用离子阱晶体确定离子寿命、阱频率、离子定位和微动补偿精度。
2019-03-19 physics.atom-ph quant-ph
High resolution ion trap time-of-flight mass spectrometer for cold trapped ion experiments
用激光冷却的原子离子捕获被共振冷却的分子离子是探索冷离子化学的一个有用的平台。我们设计并表征了一种新的实验装置，用于探测在低于1 K的温度下分子阳离子和中性自由基之间的化学反应动力学。离子被捕获在一个线性四极射频陷阱和同情冷却的共同捕获，激光冷却，原子离子。离子阱耦合到飞行时间质谱仪，以容易地识别产物离子种类，以及准确地确定捕获的离子数。我们讨论，并详细介绍了这种离子阱飞行时间质谱仪的设计，以及驱动陷阱和质谱仪所需的电子设备。此外，我们测量该系统的性能，产生质量分辨率的$m/Δm \geq 1100$在很宽的质量范围内，并讨论其相关性，为未来的测量化学反应动力学和动力学。
2017-07-21 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.ins-det
Main Magnetic Focus Ion Trap, new tool for trapping of highly charged ions
提出了在聚焦磁场中，利用电子束形成的局域离子阱产生高电荷态离子的方法。实验结果表明，存在的铱离子的电荷高达50+。据估计，局域离子阱中的平均电子流密度可达到10 kA/cm ^2量级。这种类型的电子束能量在3-10 keV的范围内的设备的试点例子也被提出。
2014-03-10 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.plasm-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
Modular cryostat for ion trapping with surface-electrode ion traps
我们提出了一个简单的低温恒温器的目的与表面电极离子阱使用，设计一个负担得起的，大的冷却功率的商业脉冲管制冷机。具有单个真空空间的模块化真空外壳便于内部访问，并实现快速周转和灵活性，以备将来修改。长矩形窗口在离子阱的平面中提供近360度的光学访问，而阱附近的圆形底部窗口使得能够在不需要真空光学器件的情况下进行NA 0.4光收集。我们评估系统的机械和热特性，我们量化离子捕获性能捕获40 Ca+，发现小杂散电场，长离子寿命，和低离子加热速率。
2013-05-01 physics.atom-ph physics.ins-det 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
Quantum control of the motional states of trapped ions through fast switching of trapping potentials
我们提出了一种新的方案，用于提供电压的电极的微离子阱，使访问的制度，其中的捕获电位的变化的时间尺度上比被困离子的长期振荡频率的周期短得多。这为加速分段离子阱中的离子传输开辟了可能性，并且还提供了比它们之间的库仑相互作用更快地控制串中的多个离子的途径。我们使用这些方法在表面电极阱中进行离子输运的理论研究，表征了一些重要控制参数所需的精度。我们还讨论了利用这些技术产生运动态压缩的可能性和局限性，这可以作为研究高斯态纠缠的基础。
2012-12-21 physics.atom-ph quant-ph
Efficient fluorescence collection and ion imaging with the "tack" ion trap
被困的激光冷却离子产生强烈的荧光。检测这种荧光使得能够基于被捕获的原子有效地测量量子比特的量子态。期望收集大部分光子以使检测更快且更可靠。此外，有效的荧光收集可以提高远程离子纠缠和量子门的速度和保真度。在这里，我们展示了一种新颖的离子阱设计，其将金属球面镜作为阱本身的组成部分，作为其RF电极。反射镜的几何形状，使高达35%的立体角收集捕获的离子荧光，我们测量25%的有效立体角，可能受到限制的镜面的缺陷。我们也研究了单离子在该镜下成像的性质，并进行了像差校正。由于其设计的简单性，这种陷阱结构可以适用于微制造和集成到更复杂的陷阱架构。
2011-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Optical Trapping of an Ion
几十年来，离子被射频（RF）捕获，中性粒子被光场捕获。我们实现了实验验证的原则，捕获离子的光偶极阱。当在RF陷波器中执行加载、初始化和最终检测时，在此期间，该RF陷波器被完全禁用并由光陷波器代替。毫秒的测量寿命允许在光学势内的数百次振荡。它主要受到由于光子散射而引起的加热的限制。在未来的实验中，可以通过进一步失谐激光和冷却离子来增加寿命。我们证明了在混合装置中合并两种捕获技术的先决条件，即在相同的光学势中捕获离子和原子。
2010-01-18 physics.atom-ph quant-ph
Cryogenic silicon surface ion trap
囚禁离子是构建量子信息处理器和量子模拟器的杰出候选者。它们被用来演示量子门和算法、量子纠错和基本的量子模拟。然而，为了实现这种系统的全部潜力并使可扩展的捕获离子量子计算成为现实，存在许多必须解决的实际问题。这些措施包括解决观察到的高离子加热速率和创建可简单可靠地生产的可扩展的陷阱结构。在这里，我们报告低温操作的硅离子阱，可以快速，容易地制造使用标准的半导体技术。单个$^{40}$ Ca $^+$离子已被捕获并用于表征陷阱操作。在离子电极距离为230 $μ$ m时，观察到陷阱的加热速率低至$\dot{\bar{n}}=$ 0.33声子/s。这些结果为微制造离子阱阵列开辟了许多新的途径。
2015-05-01 physics.atom-ph quant-ph
Determination of principal axes orientation in an ion trap using matter-wave interference
本研究通过分析离子物质波干涉信号，确定了离子阱主轴的取向，揭示了施加直流电压导致的主轴旋转及径向轴耦合引起的避免交叉行为，为量子科技应用提供了重要见解。
2024-03-21 physics.atom-ph quant-ph
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
Micromotion-induced Limit to Atom-Ion Sympathetic Cooling in Paul Traps
我们提出并推导出解析表达式的一个基本限制的共振冷却的离子在射频陷阱使用冷原子。这个极限来自于离子-原子长程碰撞过程中阱电场所做的功，甚至适用于完全补偿阱中零温度原子气体的冷却。我们的结论是，在目前的实验实现这种碰撞加热防止访问单分波原子离子相互作用或量子化离子运动的制度。我们确定的条件上的原子-离子的质量比和陷阱参数达到s-波碰撞制度和陷阱基态。
2012-09-30 physics.atom-ph 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
Electro-optical ion trap for experiments with atom-ion quantum hybrid systems
在原子、分子和光学（AMO）物理的发展中，原子-离子杂化系统的特征在于实验AMO工具箱中的一个新工具：原子-离子相互作用的存在。最先进的原子-离子实验中的主要限制之一是由保罗阱中离子动力学的微动分量表示，因为原子-离子碰撞中微动的存在导致防止原子-离子混合物经历相干演化的加热机制。在这里，我们报告的设计和模拟的一种新的离子捕获装置，特别是设想与超冷原子实验的集成。通过使用基于光场和静电场的组合的电光阱来实现离子约束，使得在离子的动力学中不存在微动分量。约束光场由在蝴蝶结腔的交叉处产生的深光晶格产生，而静电四极确保离子在正交于光晶格的平面中的约束。该装置还配备了一个保罗陷阱，用于冷却热原子束光电离产生的离子，两个离子陷阱的设计有利于将离子从保罗陷阱交换到电光陷阱。
2020-01-31 physics.atom-ph quant-ph
Susceptibility of Trapped-Ion Qubits to Low-Dose Radiation Sources
实验研究了囚禁离子量子系统对小剂量电离辐射的实时敏感性。我们将离子阱装置暴露于各种$α$、$β$和$γ$源，并测量捕获离子量子位寿命、相干时间、门的重复性和运动加热速率的变化。我们发现，在低剂量辐射源的存在下进行的任何测量的离子阱性能没有量化的退化。这一发现对于在极端环境中使用基于离子的量子信息系统的长期前景是令人鼓舞的，表明可能需要更大的剂量才能在捕获离子量子处理器中引起错误。
2021-06-02 physics.atom-ph quant-ph
The Electrostatic Ion Beam Trap : a mass spectrometer of infinite mass range
本文研究了静电离子阱（EIBT）中离子的动力学行为，证明了阱的稳定性受希尔方程的控制。这出乎意料地表明，在离子的参考系中，EIBT的工作非常类似于四极阱。这两种陷阱之间的平行性通过比较EIBT的实验和理论稳定性图来说明。与四极阱的主要区别在于，稳定性仅取决于加速和捕获静电势的比率，而不取决于离子的质量和电荷。所有种类的离子可以被同时捕获，并且由于参数共振与电荷/质量比的平方根成比例，因此EIBT可以用作无限质量范围的质谱仪。
2013-05-16 physics.atom-ph physics.ins-det
Scalable Ion Trap Architecture for Universal Quantum Computation by Collisions
我们提出了一个可扩展的离子阱结构的通用量子计算，这是由一个离子阱阵列与一个离子被限制在每个陷阱。相邻的陷阱被设计成能够合并成一个单一的陷阱。通用双量子位$\sqrt{SWAP}$门是通过两个相邻离子在合并阱中的直接碰撞来实现的，这引起了两个离子之间有效的自旋-自旋相互作用。我们发现碰撞诱导的自旋-自旋相互作用随两离子俘获距离的三次方而减小。即使在Paul阱中原子离子之间具有$200\ μm$捕获距离，仍然可以在$0.1\ kHz$机制中实现具有速度的两量子比特门操作。使用潘宁陷阱中具有$10\ mm$捕获距离的电子，速度可以进一步增加到$0.1\ MHz$状态。
2018-01-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.atom-ph
Individual qubit addressing of rotating ion crystals in a Penning trap
囚禁离子具有较长的相干时间和优良的门极特性，使其成为量子信息处理的有用平台。在RF保罗陷阱中缩放到更大数量的离子量子位需要很大的努力。用于捕获离子的另一种技术是经由潘宁阱，其中通过在强磁场存在下控制离子的旋转来形成数百个离子的2D晶体。然而，离子晶体的旋转使得单离子可寻址性成为一个重大挑战。我们提出了一个协议，利用变形镜引入AC斯塔克位移模式是静态的旋转框架的晶体。通过数值模拟，我们验证了该协议在数百个离子的晶体阵列中执行高保真单离子门的潜力。
2022-04-30 physics.atom-ph quant-ph
Optimized surface ion trap design for tight confinement and separation of ion chains
针对离子阱量子处理器的扩展与操控需求，本文优化设计了一种表面Paul阱，通过调整束缚势等参数实现离子紧密束缚、激光冷却及离子链分裂等关键操作，助力高保真量子处理。
2024-07-19 physics.atom-ph quant-ph
Optimal Surface-Electrode Trap Lattices for Quantum Simulation with Trapped Ions
被俘获的离子提供长的内部状态（自旋）相干时间和由库仑力介导的强粒子间相互作用。这使得它们成为耦合晶格的量子模拟的有趣候选者。为此，希望能够以精确控制的局部电势捕获任意构象的离子。我们提供了一个通用的方法，用于优化周期性的平面射频电极产生离子捕获电位与指定的陷阱位置和曲率以上的电极平面。线性编程算法保证了全局最优的电极形状，只需要一个单一的射频电压源进行操作。优化方法产生平滑且展现低碎裂的最终电极形状。这种特性对于表面电极陷阱晶格的实际制造是期望的。
2009-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Realization of a chip-based hybrid trapping setup for $^{87}$Rb atoms and Yb$^{+}$ Ion crystals
本文提出并验证了一种集成平面原子芯片阱的离子阱芯片，实现了Yb$^{+}$离子晶体和$^{87}$Rb原子的混合囚禁，解决了原子-离子混合阱中的对准与独立调控难题。
2024-01-05 physics.atom-ph quant-ph
Berry Phase Generation and Measurement in a Single Trapped Ion
在这项工作中，我们提出了一种新的设计的离子阱，它可以使我们能够产生状态特定的Berry相位在一个单一的被困离子。这样的设计将使我们能够研究阿贝尔和非阿贝尔对称边界的物理，也可以在量子计算中产生重大影响。
2012-08-17 physics.atom-ph quant-ph
Realisation of homogeneous ion chain using surface traps
在射频线性离子阱中，1D离子链通常在世界各地的实验室中产生。它们沿链呈现非均匀的离子密度。产生均匀分布的离子链的可能性，其中任何相邻离子之间的距离是一个常数，将开辟新的类型的实验在量子信息的背景下，并在均匀基布尔-祖雷克机制的研究。
2021-06-28 physics.atom-ph quant-ph
Cold atom-ion experiments in hybrid traps
在过去的5年里，物理学和化学的一个新领域已经发展起来，其中冷囚禁离子和超冷原子气体相互接触。将离子阱与中性原子阱相结合，为研究和实验提供了各种新的可能性。这些范围从冷原子-离子碰撞和原子-离子化学的研究到量子信息科学和凝聚态相关研究的应用。在本文中，我们对这一新领域作了简要介绍，并对其未来的发展前景进行了展望。
2013-09-23 physics.atom-ph quant-ph
Three-dimensional matter-wave interferometry of a trapped single ion
我们报告的演示拉姆齐干涉术的三维运动与一个被困的$^{171}Yb^+$离子。我们采用了动量踢的离子在一个方向上的对角线的陷阱轴启动三维运动使用锁模脉冲激光。对干涉信号进行了理论分析，论证了三维物质波干涉。这项工作为利用囚禁离子实现物质波干涉测量奠定了基础。
2021-02-03 physics.atom-ph quant-ph
Trapping, Shaping and Isolating of Ion Coulomb Crystals via State-selective Optical Potentials
对于常规离子阱，捕获电势接近于独立于电子状态，从而主要取决于离子的荷质比$Q/m$来提供对离子的约束。相反，在光偶极阱中存储离子会导致依赖于状态的限制。在这里，我们实验研究光学偶极电位$^{138}\mathrm{Ba}^+$离子存储在两个不同的陷阱在532 nm和1064 nm。我们制备了$6\mathrm{S}_{\mathrm{1/2}}$电子基态或$5\mathrm{D}_{\mathrm{3/2}}$ / $5\mathrm{D}_{\mathrm{5/2}}$亚稳态激发态的离子，并探测了电势的相对强度和极性。一方面，我们应用我们的研究结果选择性地从库仑晶体中去除离子，尽管所有离子共享相同的$Q/m$。另一方面，我们确定性地从较高能量轨道中的寄生离子中净化捕获体积，从而将库仑晶体可靠地隔离为射频阱内的单个离子。
2020-10-26 physics.atom-ph quant-ph
Surface trap with dc-tunable ion-electrode distance
我们描述了一种新型的表面电极保罗陷阱的设计，制造和操作，产生沿轴垂直于陷阱表面的射频零。这种布置使得能够仅经由直流电极来控制垂直捕获电势并且因此控制离子-电极距离。我们证明了在平面铜涂层铝电极上方的$50~μ$ m和$300~μ$ m之间的高度处的单个$^{40}$ Ca $^+$离子的限制。我们调查在垂直方向的微动，并显示冷却的平面和垂直运动模式到基态。这种陷阱架构提供了一个平台，用于精确的电场噪声检测，捕获垂直的离子串，而没有过多的微动，并可能有可扩展的量子计算机与表面离子阱的应用。
2018-07-16 physics.atom-ph quant-ph
An Integrated Mirror and Surface Ion Trap with a Tunable Trap Location
我们报告了一个演示的表面离子阱直接制造的高反射镜表面上，其中包括一个二级组的射频（RF）电极允许四极RF零位置的平移。我们引入了一个位置依赖的光子散射率的$^{174}$ Yb $^+$离子在垂直于陷阱表面的方向上使用的回射光的驻波的镜面直接下面的陷阱。使用这种设置，我们展示了微调的RF陷阱的位置与纳米级精度的能力，并表征暴露于紫外光后的电介质镜表面的充电效果。
2016-12-09 physics.atom-ph quant-ph
Cold hybrid electrical-optical ion trap
本文提出将保罗阱与光镊结合的冷混合电-光离子阱，通过同步调制光偶极阱与射频电压抵消交变电场力，实现 nK 量级微运动温度与超过 300K 的阱深，为离子-原子冷碰撞和分子离子稳定囚禁提供新平台。
2025-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Efficient Fiber Optic Detection of Trapped Ion Fluorescence
纤维光学的集成可以通过实现光的可扩展收集和传输以及将捕获的离子耦合到光学微腔来在基于捕获的离子和原子的量子信息处理器的开发中发挥关键作用。我们在表面电极Paul阱中捕获24 Mg+离子，该表面电极Paul阱包括用于检测280 nm荧光光子的集成光纤。收集数值孔径为0.37，总收集效率为2.1%。通过使用可调节的rf-赝势，离子可以定位在距光纤尖端80 \mum和100 \mum之间。
2010-04-05 physics.atom-ph quant-ph
Controlling trapping potentials and stray electric fields in a microfabricated ion trap through design and compensation
在利用捕获离子的量子信息处理中的最新进展已经证明需要能够保持和操纵许多（>10）离子的链的新离子阱架构。在这里，我们提出了一个新的线性陷阱，可扩展的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，是非常适合这个挑战的微制造的设计和详细的表征。44个独立控制的直流电极提供了许多自由度，需要构建非谐势阱，穿梭离子，合并和分裂离子链，精确调谐长期模式频率，并调整陷阱轴的方向。直流电极上的微加工电容器抑制射频拾取和过度微动，而顶层接地层简化了电场的建模并保护下面的陷阱结构。在基板上的局部孔提供从下面的烘箱进入捕获区域，允许通过物种选择性光电离确定性加载特定的同位素/元素序列。孔径和射频电极的形状进行了优化，以尽量减少扰动的捕获赝势。实验室实验验证了模拟电势并表征了捕获寿命、杂散电场和离子加热速率，而空间变化杂散电场的测量和消除可以形成几乎等间距的离子链。
2012-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Doppler Cooled Ions in a Compact, Reconfigurable Penning Trap
我们报告的设计和实验演示的一个紧凑的，可重构的潘宁离子阱构造与稀土永磁体放置在阱真空外壳外。我们描述了多普勒激光冷却离子在永磁体潘宁陷阱的第一次观察。我们详细介绍了一种方法，用于量化和优化的陷阱磁场均匀性原位使用中性$^{40}$钙前体原子的热束。在0.65 T下对$^{40}$ Ca $^+$进行了多普勒激光冷却，捕获离子荧光的侧视图显示了二维和三维阵列的结晶顺序。测量的$^{40}$ Ca $^+$陷阱频率证实了中性$^{40}$ Ca的磁场表征。这里描述的紧凑型阱能够实现各种冷离子实验，相对于传统的基于电磁体的潘宁阱，具有低尺寸、重量、功率和成本要求。
2019-09-13 physics.atom-ph quant-ph
Compensation of the trap-induced quadrupole interaction in trapped Rydberg ions
分析了里德伯离子的里德伯电子态与离子阱的射频电场之间的四极相互作用。这种耦合对于被俘获离子的最低能级是可以忽略的，但是对于被俘获的里德伯离子由于其大的电偶极矩而是重要的。这种耦合不能被标准驻波近似忽略，因为它与俘获电场的频率相当。我们调查的四极耦合的效果进行适当的有效表示的哈密顿量。对于一个单一的离子，我们表明，在这个有效的图片的四极相互作用被取代的重新缩放的激光强度和额外的斯塔克移动的里德伯能级。因此，这种有害的四极耦合可以通过适当增加拉比频率来有效地补偿。此外，我们考虑了在四极耦合存在下里德伯离子对之间的强偶极-偶极相互作用。在有效表象中，我们观察到偶极-偶极耦合的减少以及额外的自旋-自旋相互作用。
2019-02-04 physics.atom-ph quant-ph
Extending the applicability of an open-ring trap to perform experiments with a single laser-cooled ion
首先建立了一个开环离子阱，也被称为透明阱，用于进行放射性离子的$β$ - $ν$相关实验。这种陷阱几何形状也非常适合使用激光冷却离子进行实验，有助于在格拉纳达大学TRAPSENSOR项目框架内开发新型彭宁陷阱。本项目的目标是使用单个$^{40}$ Ca $^+$离子作为单离子质谱的检测器。在该项目中，在不对初始电极配置进行任何修改的情况下，可以对$^{40}$ Ca $^+$离子进行多普勒冷却，从大云开始并达到单离子灵敏度。这个新的功能的陷阱可能是重要的，也为其他实验中产生的离子在放射性离子束（RIB）设施。在该出版物中，将描述阱和激光系统，以及它们相对于应用于大离子云直到单个离子的激光冷却的性能。
2015-07-08 nucl-ex physics.atom-ph physics.ins-det
Evidence for multiple mechanisms underlying surface electric-field noise in ion traps
来自离子阱电极表面的电场噪声会限制捕获离子量子信息处理器中多量子比特纠缠操作的保真度，并且会引起捕获离子光学时钟中的系统误差。这种噪声的潜在机制是未知的，但它已被证明，可以通过高能离子轰击，或“离子铣削”的陷阱电极表面的噪声幅度降低。使用一个单一的捕获$^{88}$ Sr $^{+}$离子作为传感器，我们调查的温度依赖性的这种噪声之前和之后的非原位离子铣削的陷阱电极。在溅射铌和电镀金陷阱的陷阱电极温度范围为4 K至295 K的测量，我们看到了一个显着的变化，在离子铣削后的电场噪声的温度标度：在未经处理的表面的幂律行为被转化为Arrhenius行为处理后。处理后的温度缩放变得依赖于材料，以及，强烈表明不同的噪声机制在工作之前和之后的离子铣削。为了限制潜在的噪声机制，我们测量的电场噪声的频率依赖性，以及它对离子电极距离的依赖性，在室温下的铌陷阱之前和之后的离子铣削。这些结垢通过离子研磨是不变的。
2019-01-10 physics.atom-ph quant-ph
Microfabrication techniques for trapped ion quantum information processing
量子力学原理可以用来处理信息（QIP）。在一种方法中，被捕获的激光冷却离子量子位（两级量子系统）的线性阵列被限制在分段的多区电极结构中。QIP的离子阱方法需要在具有许多捕获区的电极结构中捕获和控制许多离子。我研究了用于捕获、传输和耦合大量离子的结构的微加工。使用24Mg+ I证明了在由硼掺杂硅制成的微陷阱中的区域之间的加载和运输。本文介绍了离子阱的基本原理、适用于QIP工作的硅基阱的特性以及用于离子阱的装置和阱的特性。微加工指示适合非专家包括在内。测量了离子运动加热。<<>>使用MEMS技术，我建立了一个硅微机械振荡器，并演示了一种方法，以减少其最低阶的机械模式的动能，通过电容耦合到一个驱动的射频（RF）振荡器。冷却由RF电容力引起，相对于悬臂运动相移。通过将7kHz基模从室温冷却到45K来证明该技术。<<>>我还讨论了使用三个铍离子量子比特的半经典量子傅里叶变换（QFT）的实现。QFT是许多量子算法中的关键步骤，包括Shor算法，一种整数因式分解的量子方法，比已知最快的经典因式分解算法快指数。该演示结合了QIP的可扩展离子阱架构的关键要素。
2010-08-12 physics.atom-ph quant-ph
Large 2D Coulomb crystals in a radio frequency surface ion trap
我们设计和操作的表面离子阱，与500 \mum，实现与标准的印刷电路板技术的离子基板的距离。陷阱已加载了高达几千Sr+离子的库仑晶体制度。赝势的分析模型使我们能够确定驱动陷阱进入各向异性制度的参数，在该制度中，我们获得大的（N>150）纯2D离子库仑晶体。这些晶体可能为大型二维系统的量子模拟实验开辟一条简单可靠的途径。
2012-01-12 physics.atom-ph quant-ph
High-Fidelity Ion State Detection Using Trap-Integrated Avalanche Photodiodes
集成技术极大地增强了基于捕获离子的实用量子信息处理和传感设备的前景。高速和高保真度的离子状态读出对于任何这样的应用都是至关重要的。集成的检测器提供了显着的优势，系统的便携性，也可以大大方便并行操作，如果一个单独的检测器可以在每个离子捕获位置。在这里，我们展示了离子量子态检测在室温下利用单光子雪崩二极管（SPAD）直接集成到硅离子捕获芯片的衬底。我们通过SPAD的荧光收集来检测被捕获的$^{88}\text{Sr}^{+}$离子的状态，在450 $μ$ s内实现了$99.92(1)\%$平均保真度，为集成状态检测应用于量子计算和利用被捕获离子阵列的传感打开了大门。
2022-02-03 physics.atom-ph quant-ph
