Electromagnetically induced transparency in cold 85Rb atoms trapped in the ground hyperfine F = 2 state
我们报道了在基态5 $^{2}S_{1/2}$的较低超精细能级F = 2中捕获的冷85 Rb原子的电磁诱导透明（EIT）（Tiwari V B \textit{et al} 2008 { \it Phys. Rev.} A { \bf 78} 063421）。本文研究了两个稳态的$Λ$型超精细能级系统，分别在F = 3 $\to$ F $^{\prime}$ = 2和F = 3 $\to$ F $^{\prime}$ = 3的耦合跃迁下，探测跃迁到激发态5 $^{2}P_{3/2}$的能级FPDMATHABMR = 2和FPDMATHABMR = 3.利用一个简单的理论模型研究了非耦合磁子能级跃迁和耦合场拉比频率对这些系统EIT信号的影响。
2009-12-04 physics.atom-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
Frequency Metrology on single trapped ions in the weak binding limit: The 3s1/2-3p3/2 transition in 24-Mg+
我们证明了一种方法，在未解决的运动边带的限制，被困离子的精密光谱。通过共振冷却的结晶离子链，我们抑制了不利的温度变化引起的光谱激光，通常会导致一个扭曲的线profle，并获得一个Voigt的轮廓可以忽略不计的失真。我们应用该方法测量了单个24-Mg+离子中与天体物理学相关的D2跃迁的绝对频率，得到1072082934.33（16）MHz，比以前的结果提高了近400倍。此外，我们还得到了激发态寿命为3.84（10）ns。
2009-01-16 physics.atom-ph
Generation of high-purity, low-temperature samples of $^{39}$K for applications in metrology
我们提出了一种全光学技术，在保持温度为6 $μ$ K的条件下，制备了纯度为95%的磁不敏感态的$^{39}$ K样品。这种多功能的制备方案特别适合于对表现出紧密分离的超精细能级的物种（如锂和钾的同位素）进行物质波干涉测量，并为这些原子的计量开辟了新的可能性。我们通过实现原子重力仪和拉姆齐型光谱仪来证明这种测量的可行性，这两种仪器都表现出对冷钾的最先进的灵敏度。
2017-07-13 physics.atom-ph quant-ph
Precision spectroscopy of the fine and hyperfine structures of high molecular Rydberg-Stark states: Metrology of molecular hydrogen ions
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Centre National de la Recherche Scientifique（法国国家科学研究中心）
研究两类因离子核心角动量性质不同的高自电离分子里德堡-斯塔克态精细和超精细结构，结合多通道量子亏损理论和矩阵对角化分析光谱，得出相关常数及振动间隔，此方法通用且广泛适用于分子阳离子结构测量。
2026-07-09 physics.atom-ph
Suppression of inhomogeneous broadening in rf spectroscopy of optically trapped atoms
提出了一种减小光阱原子基态超精细分裂中非均匀频率展宽的新方法。这种减少是通过增加一个弱的光场，空间模式匹配的捕获领域和其频率是在两个超精细水平之间调谐。我们的实验证明了新的计划与Rb 85原子，并报告了50倍的射频谱窄。
2002-04-28 physics.atom-ph
Magnetic-Field-Calibration-Free Determination of the Hyperfine Constant $A$ in Ultracold Fermi gases of $^{40}$K
Shanxi University（山西大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文提出无磁场校准的方法，利用磁不敏感时钟跃迁测定$^{40}$K超冷费米气体的基态超精细常数$A$，将不确定度降低近三个数量级，为相关领域提供改进参考。
2026-09-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Spectroscopy of a synthetic trapped ion qubit
$^{133}\text{Ba}^+$由于其自旋1/2核和可见波长电子跃迁的独特组合而被认为是量子信息处理的吸引离子。使用微克放射性物质源，我们在射频离子阱中捕获并激光冷却合成的$A$ = 133钡II放射性同位素。使用相同的，单一的被困原子，我们测量的同位素位移和超精细结构的$6^2 \text{P}_{1/2}$ $\leftrightarrow$ $6^2 \text{S}_{1/2}$和$6^2 \text{P}_{1/2}$ $\leftrightarrow$ $5^2 \text{D}_{3/2}$电子跃迁所需的激光冷却，状态准备和状态检测的时钟状态超精细和光学量子比特。我们还报告了$6^2 \text{P}_{1/2}$ $\leftrightarrow$ $5^2 \text{D}_{3/2}$电子跃迁同位素位移的稀有$A$ = 130和132钡核素，完成了激光冷却所有长寿命钡II同位素所需的光谱表征。
2017-05-26 physics.atom-ph quant-ph
Hyperfine-resolved laser excitation and detection of nuclear isomer in trapped $^{229}$Th$^{3+}$ ions
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；Center for Photonic Quantum Precision Measurement, Advanced Research Institute of Multidisciplinary Science, Beijing Institute of Technology（北京理工大学前沿交叉科学研究院光子量子精密测量中心）；Beijing Institute of Technology, State Key Laboratory of Environment Characteristics and Effects for Near-space（北京理工大学临近空间环境特性与效应省部共建国家重点实验室）；Johannes Gutenberg-University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；School of Nuclear Science and Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学核科学与技术学院）
本文研究了捕获$^{229}$Th$^{3+}$离子中低能同位素态的超精细分辨激光激发与检测，提出基于三个超精细分辨电子荧光通道的核态检测方案，并分析了激光参数对激发效率的影响。
2026-08-25 nucl-th physics.atom-ph quant-ph
Spectroscopy on a single trapped 137Ba+ ion for nuclear magnetic octupole moment determination
我们提出了一个单一的捕获钡离子，137 Ba+的5D 3/2流形的超精细间隔的精确测量。超精细间隔的测量mF = 0的子级之间的范围内的磁场，使我们能够内插到零场值的精度低于几赫兹，以前的测量的三个数量级的改进。我们的结果，结合理论计算，提供了一个30倍的磁偶极子（A）和电四极（B）超精细常数的不确定性减少。此外，我们还得到了磁八极常数（C），其精度低于0.1 Hz。这给出了随后确定的核磁八极矩，Ω，与1%的不确定性几乎完全由理论计算的准确性限制。这是对137 Ba+八极矩的首次观测，也是迄今为止最精确的八极矩。
2012-07-04 physics.atom-ph
Loading and Cooling in an Optical Trap via Hyperfine Dark States
我们提出了一种新的光学冷却方案，依赖于超精细暗态，以增强加载和冷却深光学偶极陷阱内的原子。我们证明了七倍的增加，在保守势与强烈移动的激发态的原子数加载。此外，我们利用能量选择暗态来有效地冷却被囚禁在保守势中的原子。我们的研究结果打开了光学辅助冷却被困原子和分子的大门，这些原子和分子缺乏通常需要实现低温和蒸发冷却所需的高初始密度的闭合循环过渡。
2019-11-25 physics.atom-ph
Suppression of Dephasing of Optically Trapped Atoms
超冷原子被囚禁在光学偶极阱中，并处于超精细基态的相干叠加态，当它们与环境相互作用时会产生退相干。我们证明，在“回波”实验中，这是由机制，如瑞利散射，可以抑制使用一个新的脉冲序列的相干性损失。我们还表明，相干时间，然后有限的混合到其他振动能级的陷阱和有限寿命的内部量子态的原子。
2003-07-29 physics.atom-ph quant-ph
Precision spectroscopy of a trapped $^{173}$Yb$^+$ ion using a bath of ultracold atoms
Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学范德瓦尔斯-泽曼研究所物理学院）
通过超冷原子浴冷却离子内部自由度，实现对$^{173}$Yb$^+$离子的高精度激光光谱学研究，测得超精细相互作用常数并提高测量精度。
2026-03-22 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-Enhanced Metrology for Molecular Symmetry Violation using Decoherence-Free Subspaces
本文提出一种利用无退相干子空间测量分子时间反演对称性破缺的量子增强方案，无需外电场且对静态电磁场不敏感，可应用于囚禁中性粒子或离子体系。
2023-07-12 physics.atom-ph 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
Precision measurements on trapped antihydrogen in the ALPHA experiment
在俘获反氢中观察到了1 S-2S跃迁和基态超精细谱。前者构成了光与反原子共振相互作用的第一次观察，后者是反氢光谱特征的第一次详细测量。由于1 S-2S跃迁的本征线宽很窄，并且使用双光子激光激发，因此可以精确地确定氢和反氢的跃迁能量，从而可以直接比较作为基本对称性的测试。在相对精度约为\num{2e-10}时，结果与CPT不变性一致。这是对反氢性质最精确的测量。测定了反氢原子的超精细光谱，其相对不确定度为\num{4e-4}。激发态和超精细光谱技术目前都表现出在绝对尺度上的几个\SI{100}{\kilo\hertz}水平的灵敏度。在这里，最新的工作的ALPHA合作精密光谱的反氢提出了一起展望，提高精度的测量，涉及激光和微波辐射。展望了在ALPHA装置上测量反氢原子兰姆位移和确定反质子电荷半径的前景。当ELENA设备可用于CERN的实验时，在ALPHA装置中精确测量被捕获的反氢的未来前景进行了讨论。
2018-03-27 physics.atom-ph
Determination of hyperfine splittings and Landé $g_J$ factors of $5s~^2S_{1/2}$ and $5p~^2P_{1/2,3/2}$ states of $^{111,113}$Cd$^+$ for a microwave frequency standard
关于捕获离子微波频率标准，我们报告的超精细分裂和Landé $g_J$因素的测定$^{111,113}$镉$^+$。用激光诱导荧光光谱测量了$^{111,113}$ Cd $^+$离子的$5p~^2P_{3/2}$态的超精细分裂。Cd $^+$离子被限制在线性Paul阱中，并被Ca $^+$离子共振冷却。此外，用多组态Dirac-Hartree-Fock方法更精确地计算了$^{111,113}$ Cd $^+$的$5s~^2S_{1/2}$和$5p~^2P_{1/2,3/2}$能级的超精细分裂和Landé $g_J$因子.通过对超精细分裂的测量值与Dirac-Hartree-Fock的计算值进行了交叉检验，进一步保证了结果的可靠性。本文的研究结果可以提高时钟跃迁的信噪比和二阶塞曼位移校正的精度，从而提高基于Cd $^+$离子的微波频率标准的稳定性和准确性。
2022-01-18 physics.atom-ph
Spin waves and Collisional Frequency Shifts of a Trapped-Atom Clock
我们用空间非均匀脉冲激发自旋波，并研究了囚禁$^{87}$ Rb的芯片级原子钟的频移。超精细跃迁的密度相关频移模拟了费米子s波碰撞频移，包括光晶格钟的频移。当自旋极化在陷阱中振荡时，频移反转，并且取决于第二个拉姆齐脉冲的面积，表现出预测的超出平均场的频移。数值和分析模型说明了观察到的行为。
2012-07-04 physics.atom-ph quant-ph
Experimental observation of magic-wavelength behavior in optical lattice-trapped $^{87}$Rb
我们证明了囚禁$^{87}$ Rb原子微波超精细时钟跃迁的差分交流斯塔克位移的抵消。计量学的最新进展利用了所谓的“魔波长”，由此原子系综可以被激光捕获，激光的波长被选择为使得光学原子跃迁的两个能级经历相同的ac斯塔克位移。由于碱金属简单的电子结构，类似的魔波长技术不可能用于碱金属的微波超精细跃迁。然而，我们表明，交流斯塔克位移消除确实是可以实现的波长，偏振，和磁场的某些值。这种抵消是以牺牲小的磁场灵敏度为代价的。这里展示的技术对涉及精确控制光学捕获中性原子的实验具有影响。
2010-01-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Frequency metrology of helium around 1083 nm and determination of the nuclear charge radius
利用光学频率梳状合成器辅助光谱仪测量了亚稳态$^3$ He光束中2 $^3$ {\it S}和2 $^3$ { \it P}超精细流形9个允许跃迁中7个跃迁的绝对频率.我们测量的相对不确定度范围从$1\times 10^{-11}$到$5\times 10^{-12}$，据我们所知，这是迄今为止任何光学$^3$ He跃迁的最精确结果。产生的$2^3$ { \it P}-2 $^3$ { \it S}中心频率为$276\,702\,827\,204.8\,(2.4)$ kHz。将该值与已知的$^4$ He质心的结果进行比较，并对$^4$ He- $^3$ He同位素位移进行{ \em ab initio} QED计算，我们提取了$^3$ He和$^4$ He的平方核电荷半径$δr^2$之差。我们对$δr^2=1.074 (3)$ fm $^2$的结果与最近测定的结果相差约$4\,σ$ [R. van Rooij { \em et al.}，Science { \bf 333}，196（2011）]。
2012-03-02 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
Passive dynamical decoupling of trapped ion qubits and qudits
本研究提出被动动力学解耦（PDD）方法，通过集成电路绝热旋转囚禁离子局域量子化场，实现全磁敏感超精细子能级与磁场噪声的同时解耦，适用于量子比特与qudit，还可构建无激光抗磁噪声双量子比特门。
2023-12-14 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
High-fidelity two-qubit quantum logic gates using trapped calcium-43 ions
我们研究了在$^{43}$ Ca $^+$超精细捕获离子量子比特中实现的双量子比特相位门的速度/保真度权衡。我们描述了有助于测量保真度的各种误差源，使我们能够解释由于单量子位状态准备、旋转和测量（每个都在$\sim0.1\%$级别）引起的误差，并识别两个量子位纠缠操作中的主要误差源。我们实现门的精度范围在$97.1(2)\%$（对于门时间$t_g=3.8μ$ s）和$99.9(1)\%$（对于$t_g=100μ$ s）之间，分别代表在每种情况下捕获离子量子位之间报告的最快和最低误差的两个量子位门。
2014-06-20 physics.atom-ph quant-ph
Plans for laser spectroscopy of trapped cold hydrogen-like HCI
激光光谱学的研究正在准备测量的1s基态超精细分裂被困冷高电荷离子。这些实验的目的是检验强电场状态下的量子电动力学。这些实验是GSI HITRAP项目的一部分。简要回顾了计划的实验。
2005-01-19 physics.atom-ph
Versatile laser-free trapped-ion entangling gates
我们提出了一个一般理论的激光自由纠缠门与捕获离子超精细量子比特，使用静态或振荡磁场梯度结合一对均匀的微波场对称失谐的量子比特频率。通过转换成一个“双色”的相互作用图片，我们表明，无论是${\hatσ_ϕ\otimes\hatσ_ϕ}$或${\hatσ_{z}\otimes\hatσ_{z}}$几何相位门可以执行。通过选择微波失谐量来确定门基。可以调谐驱动参数以提供与量子比特频率波动的内在动力学解耦。${\hatσ_{z}\otimes\hatσ_{z}}$门可以以一种新的方式实现，这减轻了实验的限制。我们提出了数值模拟的门几何形状假设现实的参数。
2019-01-29 physics.atom-ph quant-ph
Combined microwave and optical spectroscopy for hyperfine structure analysis in thulium atoms
本文利用微波与光学联合光谱在光学晶格超冷铥原子系综中测量超精细分裂频率，将基态和钟态精度分别提高2个和7个数量级，并精确了钟态朗德g因子。
2024-06-28 physics.atom-ph
Nuclear magnetic octupole moment and the hyperfine structure of the $5D_{3/2,5/2}$ states of the Ba$^+$ ion
分析了Ba离子长寿命$^+$的$5D_{3/2}$和$5D_{5/2}$能级的超精细结构。本文介绍了一种提取相对未开发的核磁矩$Ω$的方法。相关的电子矩阵元计算的从头算相对论多体微扰理论的框架。一阶和二阶（在超精细相互作用）的能级的修正进行了分析。它示出，同时测量的超精细结构的整个$5D_J$精细结构的歧管允许一个提取$Ω$没有污染的二阶校正。使用Ba $^+$实验中已经证明的灵敏技术，用单个捕获的钡离子进行所需精度的测量应该是可能的。
2008-04-28 physics.atom-ph
Quantum metrology from a quantum information science perspective
我们总结了量子精密测量的重要进展，在冷气体，捕获冷原子和光子的实验。首先，我们回顾了简单的量子测量系统，如自旋压缩态的量子精密测量，Greenberger-Horne-Zeilinger态，Dicke态和单重态。我们计算在这些计划中可达到的最高精度。然后，我们介绍了量子精密测量的基本概念，如散粒噪声标度，海森堡标度，量子费舍尔信息和Cramer-Rao界。使用这些，我们证明了纠缠需要超越散粒噪声标度在非常一般的线性干涉仪任务。我们讨论了量子费舍尔信息的一些应用，例如如何利用它来获得一个量子态是宏观叠加态的判据。我们展示了它是如何与量子演化的速度相关的，以及它是如何出现在量子芝诺效应理论中的。最后，我们解释了如何不相关的噪声限制了最高可实现的精度在非常一般的可编程任务。
2014-10-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Laser spectroscopy of hyperfine structure in highly-charged ions: a test of QED at high fields
概述了激光光谱实验与冷，捕获，高电荷离子，这将是在德国达姆施塔特GSI的HITRAP设施进行。这些对基态超精细分裂的高分辨率测量将比以前的测量精确三个数量级。此外，通过对相同同位素的类氢离子和类锂离子的超精细分裂测量结果的比较，可以在几个百分点内确定高电磁场下的QED效应。几个候选离子适合这些激光光谱研究。
2007-04-26 physics.atom-ph physics.gen-ph
Ghost features in Doppler-broadened spectra of rovibrational transitions in trapped HD$^+$ ions
多普勒展宽在氘分子氢离子（HD $^+$）的激光振转光谱中起着重要的作用，即使在激光冷却铍离子的共振冷却所达到的毫开尔文温度下也是如此。最近，Biesheuvel \textit{et al.} \cite{Biesheuvel2016}提出了一个理论线型模型，不仅考虑了线强度和多普勒展宽，但也有限的样本大小和人口分布的黑体辐射，这是重要的，鉴于长的存储和探测时间可实现的离子阱。本文采用Biesheuvel \textit{et al.}提出的速率方程模型，理论研究了HD $^+$中$(v,L):(0,3)\rightarrow(4,2)$在1442 nm处振转跃迁的多普勒展宽超精细结构.我们观察到突出的尚未识别的鬼功能在模拟光谱，其位置取决于多普勒宽度，跃迁速率，和饱和度的超精细组件的激光解决。我们解释了这些功能的起源和行为，我们提供了一个简单的定量指南，以评估是否可能出现鬼功能。由于这样的鬼功能可能是常见的饱和多普勒展宽光谱的旋转和振动跃迁被困离子组成的部分重叠的线，我们的工作说明了使用线形模型，考虑到所有相关的物理的必要性。
2016-08-10 physics.atom-ph
Modular Quantum Computation in a Trapped Ion System
现代计算主要依赖于模块化架构，将复杂的算法分解为自包含的子程序。然后，客户端可以调用远程服务器，以通过应用程序编程接口（API）独立地实现部分计算。目前的API仅中继经典信息。在这里，我们实现了一个量子API，使客户端能够估计服务器提供的酉$U$的轨迹的绝对值。我们证明了该算法的功能正确，无论什么酉$U$的服务器实现或服务器如何具体实现$U$。我们的实验涉及到开创性的技术，相干交换量子比特编码内的运动状态的捕获\Yb离子，控制其超精细状态。这构成了量子体系中模块化计算的第一个演示，为量子计算的可扩展，并行化迈出了一步。
2019-07-29 physics.atom-ph quant-ph
Optical nuclear electric resonance as single qubit gate for trapped neutral atoms
Graz University of Technology（格拉茨工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology（慕尼黑量子科学与技术中心）
本研究利用光学核电子共振技术，在$^{87}$Sr中实现快速稳健的单量子比特门，通过精确控制自旋跃迁提升量子存储器等技术的性能。
2025-12-03 physics.atom-ph quant-ph
Zeeman-Splitting-Assisted Quantum Logic Spectroscopy of Trapped Ions
提出了一种基于磁$g$ -因子的量子逻辑方案来探测处于不同角动量态的原子和分子离子。状态相关的磁$g$因子意味着在给定的磁场中，电子态、转动态或超精细态可以通过它们的塞曼分裂来区分。驱动所选塞曼分裂的运动边带使得能够用辅助逻辑离子读出角动量的相应状态。作为一个证明的原理演示，我们表明，我们可以检测到一个${^{174}}$ Yb $^+$离子的基态电子状态使用${^{171}}$ Yb $^+$作为逻辑离子。此外，我们可以区分处于其基态电子态的${^{174}}$ Yb $^+$离子与处于亚稳态${^{2}}D_{3/2}$的$^+$离子。我们讨论了该方案对分子离子转动态检测的适用性。
2014-12-17 physics.atom-ph quant-ph
Unpolarized, incoherent repumping light for prevention of dark states in a trapped and laser-cooled single ion
通常用于激光冷却离子捕获研究的许多离子种类具有低位亚稳2D 3/2态，其可以由于来自2P 1/2激发态的自发发射而变得充满。这需要再泵浦激光器来将离子维持在多普勒冷却循环中。通常，2D 3/2态，或者如果离子具有核自旋，则它的一些超精细成分，具有比再泵浦跃迁的上态更高的多重性。这可能导致暗态，其必须通过外部磁场或通过调制再泵浦激光器的偏振来不稳定。我们建议使用非偏振，非相干放大自发发射（ASE）驱动的再泵浦跃迁。与激光器相比，ASE光源具有几个优点。它可以在无外部极化调制的情况下防止暗态的形成，即使在零磁场中，它也可以同时驱动多个超精细跃迁，并且不需要频率稳定。这些特点使它非常紧凑和强大的，这是必不可少的实用，便携式光学离子钟的发展。我们构建了一个理论模型的ASE辐射，包括源被部分偏振的可能性。以~（88）Sr~+为例，通过数值求解所涉及能级的八能级密度矩阵方程，分析了与单模激光器相比，ASE光源的性能。最后导出了一个约化的三能级系统，得到了一个计算激发态布居数和散射率的简单公式，可用于优化实验参数。所需的ASE功率谱密度可以用现有技术获得。
2013-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Spin-orbit interactions and quantum spin dynamics in cold ion-atom collisions
本文对Yb $^+$ -Rb离子-原子混合体系进行了精确的从头算和量子散射计算。该体系是开放量子系统、量子信息处理和量子模拟的理想体系。在Yb $^+$ -Rb冷碰撞中，我们发现二阶自旋轨道相互作用是超精细弛豫和退相干的主要来源。我们的结果与最近的实验观测结果符合得很好[L. Ratschbacher等人，物理修订信函110，160402（2013）]的超精细弛豫率的捕获Yb $^+$浸没在超冷Rb气体中。计算出的速率比Langevin捕获理论预测的小4倍，并显示出弱的$T^{-0.3}$温度依赖性，表明与统计行为的显着偏差。我们的分析强调了SO相互作用的有害性质，并意味着轻离子-原子组合，如Yb $^+$ -Li，应用于最大限度地减少超精细弛豫和退相干的超冷原子气体中的捕获离子。
2016-09-28 physics.atom-ph
Dark-state suppression and optimization of laser cooling and fluorescence in a trapped alkaline-earth-metal single ion
我们研究了多普勒冷却和荧光检测所需的离子的冷却和再泵浦激光场所造成的单个被困的88 Sr+离子的暗态的形成和不稳定。通过数值求解由5s 2S 1/2、5 p2 P1/2和4d 2D 3/2态的子能级组成的八能级系统的含时密度矩阵方程，分析了不同类型的暗态以及如何防止它们以最大化散射率，这对于冷却和离子探测都是至关重要的.研究了激光线宽和离子运动对散射率和暗共振的影响。计算结果与实验结果进行了比较，位于加拿大国家研究委员会的端盖离子阱系统，发现是在良好的协议。这一结果也适用于其它碱土金属离子和无超精细结构的同位素。
2012-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Frequency stabilization of a 739 nm laser to an $I_2$ spectrum for trapped Ytterbium ions
本研究利用声光调制转移光谱将739 nm钛宝石激光稳定到碘分子超精细跃迁，实现13 s平均下$3.83×10^{-11}$的稳定度，优化后达理论信噪比，为囚禁镱离子实验的激光锁定提供理想频率参考。
2022-03-02 physics.atom-ph
Efficient quantum state preparation using Stern-Gerlach effect on cold atoms
利用Stern-Gerlach（SG）实验中的塞曼超精细态相关力，分离和探测了冷原子云中具有不同塞曼超精细态的原子.利用这种SG技术，我们对原子云中处于不同塞曼超精细态的原子进行了定量估计，这有助于优化原子的光抽运，从而有效地制备原子态。采用优化的光抽运方法，将来自原子芯片上灰色磁光阱（G-MOT）的近100个$92 \% $冷$^{87}Rb$原子光抽运到可囚禁的塞曼超精细态$\ket{F=2, \, m_{F} = +2}$ .这些光泵原子被囚禁在原子芯片表面附近的Ioffe-Pritchard磁阱中。
2022-01-06 physics.atom-ph
Laser spectroscopy on the hyperfine structure and isotope shift of sympathetically cooled $^{229}$Th$^{3+}$ ions
本文通过激光冷却$^{88}$Sr$^+$离子协同冷却$^{229}$Th$^{3+}$离子进行激光光谱研究，测定了其超精细常数与同位素位移，以更低不确定度获取核矩，为8.4 eV核同核异能态的精确光谱研究奠定基础。
2025-04-01 physics.atom-ph
MW-Optical Double Resonance in $^{171}{Yb}^+$ Trapped Single Ion and its Application for Precision Experiments
我们采用了12.6 GHz的微波跃迁共振的一个单一的捕获$^{171}$ Yb+离子，以准确地测量的大小和相对取向的磁场和光学电场的离子在陷阱中的位置。这些领域的准确知识是需要精密实验，如单离子PNC。作为原理的证明，我们测量了由于369 nm冷却激光引起的基态超精细能级的偏振相关光位移，以确定其电场幅度和偏振。
2013-04-21 physics.atom-ph
Detection of motional ground state population of a trapped ion using delayed pulses
有效地制备和检测被囚禁离子的运动状态在从量子计算到精密光谱学的许多实验中是重要的。本文研究了利用受激拉曼绝热通过（STIRAP）技术对囚禁离子运动态的操纵。所提出的技术使用两个超精细基态之间的拉曼耦合在$^{25}$镁$^+$，实现延迟脉冲，它删除了一个独立的初始运动状态的单个声子。我们表明，对于热态的STIRAP人口转移是更有效的比受激拉曼拉比脉冲上的运动边带。与以前的实现方式相比，使用了超过200倍的过渡的自然线宽的大失谐。这种方法使得STIRAP适用于共振激光场将填充荧光激发态并因此阻碍STIRAP过程的原子。我们用这种方法测量了激发态与运动基态的波函数重叠。这对于光子反冲光谱学和利用被捕获离子的运动状态对外部场的高灵敏度的其他力感测应用是重要的应用。此外，基态粒子数的确定使得能够简单地测量离子的温度。
2015-09-30 physics.atom-ph quant-ph
A linear rotor trapped and coupled to the vibrational modes of an ion crystal
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Universidad de Granada（格拉纳达大学）；Helmholtz Institut Mainz（美因茨赫尔姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI重离子研究中心）；Johannes Gutenberg University（约翰内斯·古腾堡大学）
该研究针对共囚禁于保罗阱的分子离子与原子离子，确定了考虑分子超精细结构的共振偶极-声子耦合条件，提出用边带分辨激光光谱和退相干测量探测该耦合的方案，为量子控制提供了可行路径。
2026-09-04 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
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
Magneto-optical trapping of bosonic and fermionic neon isotopes and their mixtures: isotope shift of the ^3P_2 to ^3D_3 transition and hyperfine constants of the ^3D_3 state of Ne-21
我们已经用磁光捕获了所有三种稳定的氖同位素，包括稀有的Ne-21，以及所有两种同位素的组合。原子在亚稳态^3 P_2态下制备，并通过640.2 nm处的^3 P_2到^3 D_3}跃迁的激光相互作用进行操纵。这些冷（T = 1 mK）和环境解耦的原子样品提供了理想的对象，精密测量和冷和超冷亚稳原子之间的相互作用的调查。在这项工作中，我们精确测量了Ne-21的^3P_2到^3D_3跃迁的同位素位移和^3D_3态的超精细相互作用常数。测定的同位素位移为：Ne-20至Ne-22的（1625.9 \pm 0.15）MHz，Ne-20至Ne-21的（855.7 \pm 1.0）MHz，Ne-21至Ne-22的（770.3 \pm 1.0）MHz。得到的磁偶极和电四极超精细相互作用常数分别为A（^3D_3）=（-142.4 \pm 0.2）MHz和B（^3D_3）=（-107.7 \pm 1.1）MHz.与之前的测量相比，所有测量的不确定度都降低了约一个数量级。
2011-05-27 nucl-ex physics.atom-ph quant-ph
Hyperfine-structure-resolved laser spectroscopy of many-electron highly charged ions
高电荷态离子（HCI）的超精细结构是研究基础物理和核性质的理想光谱目标。最近提出的HCI原子钟突出了它们的重要性，特别是对于多电子HCI，并且它们已经通过细化原子结构计算进行了理论研究。尽管如此，目前还没有建立光谱方法来验证这些理论计算。在这里，我们证明了超精细结构分辨激光光谱的电子束离子阱等离子体中的HCI，采用磁偶极子跃迁4 $d^{9}$ 5 $s$的$^{127}$ I $^{7+}$。离子状态操纵控制电子碰撞在定义良好的实验室等离子体中，使激光诱导荧光光谱的捕获HCl。在低磁场下，蒸发冷却离子的光谱显示出反映超精细结构的显著特征。目前的演示使用相结合的光学和等离子体的方法提供了一个新的基准，为国家的最先进的原子计算的超精细结构的多电子HCI和各种未开发的实验提供了可能性。
2022-07-22 physics.atom-ph physics.plasm-ph
BaF molecules in neon ice: trapping, spectroscopy and optical control of electron spins
该研究将BaF分子俘获于neon冰中，利用激光诱导荧光光谱发现晶格未显著扰动特定光学跃迁，并完全通过激光实现了电子自旋极化、自旋翻转检测与超精细跃迁测量，为超越标准模型物理的精密测量提供了新机遇。
2023-01-26 physics.atom-ph
Efficient optical pumping using hyperfine levels in $^{145}$Nd$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ and its application to optical storage
高效的光抽运是量子技术（如光量子存储器）中状态初始化的重要工具。在掺杂有Kramers稀土离子（例如铒和钕）的晶体中，由于电子塞曼能级的相对短的布居寿命（在约4K下为100 ms的量级），有效的光泵浦是具有挑战性的。在这篇文章中，我们表明，在同位素富集的$^{145}$ Nd $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体的超精细能级的光泵浦是更有效的，由于较长的布居弛豫时间的超精细能级。通过光学循环人口多次通过激发态的核自旋翻转可以被迫在基态超精细流形，在这种情况下，人口被困在几秒钟之前放松回到泵超精细水平。为了证明这种方法在应用中的有效性，我们进行了原子频率梳存储器实验，在$^{145}$ Nd $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$中具有33%的存储效率，这与在非Kramers离子中获得的结果相当，例如铕和镨，其中由于猝灭的电子自旋，光泵浦通常是有效的。掺钕晶体中的有效光泵浦对于生物医学成像中的光谱滤波也是令人感兴趣的，因为钕具有与组织成像兼容的吸收波长。除了这些应用程序，我们的研究是感兴趣的理解在Kramers离子与核自旋的自旋动力学。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Single-ion, transportable optical atomic clocks
在过去的15年里，在激光稳定、光学频率梳和原子冷却与囚禁等领域取得了巨大的进展，使得光学原子钟具有无与伦比的性能。这些仪器可以进行频率比较，分数不确定度远低于$10^{-17}$，发现在基础物理测试，相对论大地测量，时间和频率计量的应用。尽管目前大多数光学钟都是实验室设置，但已经发表了几种将这些钟用于现场测量或在光学钟网络中使用的建议，并且大多数时间和频率计量机构已经开始开发可移动的光学钟。为了这个特殊的问题，我们选择集中在捕获离子光学时钟。尽管它们的短期分数频率稳定性因较低的信噪比而受损，但它们提供了很高的紧凑性潜力：捕获的离子需要低的光功率和简单的加载方案，并且可以被捕获在小的真空室中。我们回顾了时钟关键部件的最新进展，包括离子阱和超稳定光学腔，以及现有的项目和实验，描绘了未来可移动的单离子光学时钟可能类似的画面。
2018-04-06 physics.atom-ph
Optimal cooling strategies for magnetically trapped atomic Fermi-Bose mixtures
我们讨论了不同种类的费米-玻色混合物在磁阱中的冷却效率。通过适当选择玻色冷却器和混合物的磁俘获超精细态，实现了两种原子之间更好的热容匹配。当两个物种之间的部分空间重叠也被考虑在内，最深的费米简并得到的捕获频率比的最佳值。这可以通过用去澄清光束辅助磁阱来实现，如在费米子6Li与23 Na，87 Rb和133 Cs混合的情况下所示，对于尚未探索的6Li-87 Rb混合物找到了最佳条件。
2004-11-22 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con physics.atom-ph
High-precision atomic clocks with highly charged ions: nuclear spin-zero $f^{12}$-shell ions
使用高电荷离子的光学原子钟在第19位有效数字的计量学上有着诱人的前景。在这里，我们研究高电荷离子的$4f^{12}$基态电子构型内的跃迁。我们考虑缺乏超精细结构的同位素，并表明通过使用特别选择的虚拟时钟跃迁，可以有效地减少电子四极矩耦合到捕获电场梯度的不利影响。估计的系统分数时钟精度被证明是低于$10^{-19}$。
2012-09-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
State Readout of a Trapped Ion Qubit Using a Trap-Integrated Superconducting Photon Detector
我们报道了一种利用集成陷阱的光子探测器实现的囚禁离子量子比特的高保真状态读出。我们确定了一个单一的$^9$ Be $^+$离子的超精细量子位态的表面电极射频离子阱的陷阱结构与超导纳米线单光子探测器（SNSPD）制作的状态依赖的离子荧光光子计数。平均读出保真度为0.9991（1），平均读出持续时间为46 $μ$ s，并且受到读出激光束的偏振杂质和非共振光泵浦的限制。由于在离子和探测器之间没有介入光学元件，我们可以使用离子荧光作为自校准光子源来确定探测器量子效率及其对光子入射角和偏振的依赖性。
2020-07-31 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Proposed precision laser spectrometer for trapped, highly charged ions
我们提出了一种新型的精密激光光谱仪捕获，高电荷离子几乎在休息。它由一个圆柱形的开口端盖潘宁陷阱，其中一个外部产生的高电荷离子束可以限制和研究的激光光谱。密集离子云的限制、冷却和压缩的组合将允许高电荷离子的基态超精细分裂以比任何先前实验更好的三个数量级的精度被测量。对同一元素的不同电荷态和不同同位素的系统研究可以实现对束缚态QED的高灵敏度测试和对核性质的精确测定。除了稳定同位素外，半衰期超过1小时的放射性物质也可以进行研究。
2005-10-21 physics.atom-ph
