Emulating Solid-State Physics with a Hybrid System of Ultracold Ions and Atoms
我们提出并从理论上研究了一个由晶体囚禁离子耦合到超冷费米子云组成的混合系统。离子形成周期性晶格并在原子中诱导出能带结构。该系统结合了超冷原子系统的可扩展性和可调谐性的优点，以及捕获离子系统提供的高保真度操作和检测。它还具有与自然固态系统的密切类比，因为原子的自由度耦合到离子晶格的声子，从而模拟固态系统。从微观多体哈密顿量出发，导出了包含原子能带结构的低能哈密顿量，并给出了原子-声子耦合的表达式。我们讨论了可能的实验实现，如Peierls样过渡到一个周期加倍二聚状态。
2013-08-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Phonon-mediated quantum gates in trapped ions coupled to an ultracold atomic gas
针对超冷原子气体中囚禁离子的声子介导量子门，建立主方程揭示运动退相干与缓冲气体冷却机制，并提出通过调节原子-离子散射长度兼顾门操作和长期制冷。
2024-12-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Spatiotemporal Non-Hermitian Skin Effect with Floquet-Engineered Ultracold Atoms
Quantum Institute for Light and Atoms, School of Physics, East China Normal University（华东师范大学物理学院光与原子量子研究所）；School of Physics and Astronomy, and Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院及李政道研究所）；Shanghai Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室上海分部）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究与创新中心）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
该研究在Floquet工程超冷原子系统中提出时空非厄米趋肤效应，将空间与时间自由度统一处理，实现空间投影的任意可调趋肤位置和时间投影的周期性漏斗，为时间维度非厄米拓扑物理开辟新途径。
2026-09-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Spectroscopy of interacting quasiparticles in trapped ions
多体量子系统的静态和动态性质通常可以用集体激发（称为准粒子）来描述。工程量子系统提供了以精确控制和其他无法实现的方式研究这种涌现现象的机会。我们提出了一种光谱技术来研究人工量子物质，并使用它来表征准粒子在多体系统的被困原子离子。我们的方法是激发系统的基本准粒子本征模的组合，给出了离域自旋波。通过观察这种本征模叠加的动力学响应，我们提取系统的色散关系，磁序，甚至检测准粒子相互作用的签名。我们的技术并不局限于捕获离子，它是适合于验证量子模拟器调整到制度的集体激发有一个简单的形式。
2015-05-08 cond-mat.quant-gas quant-ph
Probing disorder-driven topological phase transitions via topological edge modes with ultracold atoms in Floquet-engineered honeycomb lattices
Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学物理学院）
本研究利用超冷原子在Floquet工程蜂窝晶格中的拓扑边缘模式，探测并识别了无序驱动的拓扑相变，证实无序增强反常Floquet拓扑鲁棒性，为研究拓扑与无序相互作用及非平衡相提供新途径。
2026-09-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Deterministic entanglement of Rydberg ensembles by engineered dissipation
我们提出了一个方案，利用耗散确定性地产生纠缠的强相互作用里德伯原子的系综。通过不同里德伯能级之间的微波驱动和与短寿命原子态耦合的共振激光的组合，可以将系综推向纠缠所有原子的暗稳态。不同里德堡态之间的长程共振偶极-偶极相互作用将纠缠扩展到范德瓦尔斯相互作用范围之外，具有纠缠大而远的系综的前景。
2014-07-04 quant-ph
Hybrid quantum systems of ions and atoms
在这一章中，我们回顾了囚禁离子和超冷中性原子混合系统实验的进展。我们给出了一个理论概述的原子-离子相互作用的冷制度，并给出了最重要的实验结果的总结。最后，我们概述了剩余的开放的挑战和可能的应用在离子和中性原子的混合量子系统。
2014-01-14 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Scalable Steady-State Entanglement with Floquet-Engineered Stabilizer Pumping in Neutral Atom Arrays
本文提出一种基于Floquet-Lindblad框架和非瞬时踢脉冲的耗散协议，通过工程化耗散通道加速收敛，在中性原子阵列中可扩展地高保真制备任意多体图态，并兼具被动纠错能力。
2025-09-22 quant-ph
Driving two atoms in an optical cavity into an entangled steady state using engineered decay
我们提出了在光腔中耗散制备两原子最大纠缠稳态的各种方案。利用腔光子损失和自发发射的自然衰减过程，我们使用有效算子形式来识别和设计有效的衰减过程，该过程达到两个原子的纠缠稳态作为耗散时间演化的唯一不动点。我们调查的各个方面，是至关重要的实验实施我们的计划在当今和未来的腔量子电动力学系统和分析得出的最佳参数，误差缩放和我们的协议的收敛速度。我们的研究表明，我们的计划，现有的腔实验和良好的缩放保真度和速度相对于腔参数有前途的性能。
2012-06-18 quant-ph
Quantum Interference of Photon Pairs from Two Trapped Atomic Ions
我们收集两个被捕获的原子离子的荧光，并测量从离子发射的光子之间的量子干涉。两个光子的干涉是基于光子耦合的原子量子比特纠缠方案的关键组成部分。保持所产生的纠缠和用相同离子重复实验的能力对于实现原子量子比特之间的纠缠量子门是必要的，并且允许实现协议以有效地扩展到更大数量的原子量子比特。
2006-08-05 quant-ph
Non-destructive detection of ions using atom-cavity collective strong coupling
我们提出了一种基于耦合到光学腔的原子的技术，用于对捕获离子进行无损检测。我们证明了真空拉比分裂（VRS），由于超冷Rb原子的集体强耦合到一个腔，改变存在的被困Rb+离子。Rb+离子是光学暗的，Rb原子是在暗磁光阱（MOT）中制备的。VRS是在最初暗的Rb原子的光学开放跃迁上测量的。测量本身是快速的，非破坏性的，并有足够的保真度，允许测量原子态选择性离子-原子碰撞率。该演示说明了一种基于原子-腔耦合的方法来测量两个粒子的相互作用一般和非破坏性。
2016-11-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Quantum simulation of generic spin exchange models in Floquet-engineered Rydberg atom arrays
针对里德堡原子阵列量子模拟器受限于实验能力、无法模拟通用自旋交换模型的问题，提出结合全局与局部控制的Floquet工程新方案，仅用现有实验能力即可数值实现多种未达成的自旋交换模型，为研究大量新奇量子自旋模型提供可行路径。
2023-06-12 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
Tailoring Synthetic Gauge Fields in Ultracold Atoms via Spatially Engineered Vector Beams
State Key Laboratory of Optical Field Manipulation Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院光学场调控科学与技术重点实验室）；Research Center on Vector Optical Fields, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院光电技术研究所矢量光场研究中心）；College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）
研究通过矢量光束耦合内部态生成合成规范场，拓展参数范围并增强相图，同时利用全光学方法创造拓扑非平凡的大Skyrmions。
2025-06-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Sympathetic and swap cooling of trapped ions by cold atoms in a MOT
一个冷却和捕获的离子和原子的混合系统，为离子辅助冷化学和新颖的多体研究铺平了道路。由于单个俘获机制的不同，被俘获的原子明显比被俘获的离子冷，因此在组合系统中，强的二元离子$-$原子相互作用导致从离子到原子的热流。相反，被捕获的离子也可以被冷原子碰撞加热，使离子和原子之间的平衡变得有趣。在这里，我们的实验表明，铷离子（Rb $^+$）冷却接触磁光捕获（MOT）Rb原子，相反的一般预期的离子加热等离子和原子质量。从理论上解释了冷却机理，并用数值模拟加以验证。共振电荷交换（RCx）碰撞，它允许交换冷却的离子与原子，其中一个单一的掠射碰撞事件带来的快速离子休息的重要性进行了讨论。
2011-12-26 physics.atom-ph quant-ph
Observation of collective coupling between an engineered ensemble of macroscopic artificial atoms and a superconducting resonator
不同量子系统的杂交现在被看作是一种有效的方式来工程的整个系统的属性，导致在量子超材料，量子模拟，和量子精密测量的应用。一个众所周知的例子是超导电路耦合到微观自然原子的集合。在这种情况下，单个原子的性质是固有的，因此是不可改变的。然而，目前的技术允许我们制造宏观人造原子的大集合，例如超导通量量子比特，在那里我们可以真正定制和控制单个量子比特的属性。在这里，我们演示了微波谐振器和几千个超导通量量子比特之间的相干耦合，在那里我们观察到一个大的色散频率偏移的频谱250 MHz的集体行为诱导。这些结果代表了迄今为止实现的最大数量的耦合超导量子比特。我们的方法表明，现在可以设计系综的属性，为量子多体系统的受控探索开辟了道路。
2016-06-14 quant-ph
Quantum spin dynamics and entanglement generation with hundreds of trapped ions
自旋模型的量子模拟可以提供对用经典计算机难以或不可能研究的复杂问题的深入了解。囚禁离子是量子模拟的既定平台，但只有少于20个离子的系统才表现出量子相关性。在这里，我们研究非平衡，量子自旋动力学所产生的工程，均匀伊辛相互作用在一个二维阵列的$^9$是$^+$离子在潘宁陷阱。我们验证纠缠的自旋压缩状态的形式，为219个离子，直接观察4.0 $\pm$ 0.9分贝的光谱增强。我们还观察到非高斯，过度压缩状态的证据在全计数统计。我们发现很好的协议从头算理论，包括纠缠和退相干之间的竞争，奠定了基础的横向场伊辛模型与可变范围的相互作用，数值解的模拟，在一般情况下，经典的棘手。
2016-01-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Structure of the Alkali-metal-atom-Strontium molecular ions: towards photoassociation and formation of cold molecular ions
用量子化学方法测定了由一个碱金属原子和一个锶离子组成的分子离子的势能曲线、永久和跃迁偶极矩以及静态偶极极化率。分子离子被视为有效的双电子系统，并处理使用有效的核心电位，包括核心极化，大高斯基组，和全组态相互作用。在即将到来的旨在合并冷原子和冷离子阱的实验的角度，辐射电荷交换，冷锂或铷原子和锶离子的光缔合的可能途径进行了讨论，以及稳定的分子离子的形成。
2011-02-24 physics.atom-ph quant-ph
Employing trapped cold ions to verify the quantum Jarzynski equality
我们提出了一个计划来调查的非平衡工作分布的量子粒子下，良好控制的转换的外部潜力，利用一个单一的离子在一个分段的线性保罗陷阱的多功能性。我们详细描述了如何运动的量子态的一个单一的离子可以准备，操纵，并最终读出，以充分确定在谐波和非谐波电位的自由能差。独特的我们的系统，我们展示了如何离子可能会沉浸在一个工程激光场水库。因此，囚禁离子是研究开放和封闭量子系统中Jarzynski等式的理想工具。
2008-08-04 quant-ph
An apparatus for immersing trapped ions into an ultracold gas of neutral atoms
我们描述了一个混合真空系统，在该系统中，单个离子或定义明确的少量捕获离子（在我们的情况下，Ba $^+$或Rb $^+$）可以浸入超冷中性原子云（在我们的情况下，Rb）。该装置允许在超冷状态下研究原子和离子之间的碰撞和相互作用。我们的装置是一个组合的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）装置和线性保罗陷阱。该装置的主要设计特征是首先分离离子和超冷原子的产生位置，然后将两种物质聚集在一起。该方案在稳定性和可进入进行原子-离子碰撞实验的区域方面具有优势。使用移动的一维光学晶格传输将离子和原子聚集在一起，该一维光学晶格传输将原子样品从其产生室垂直提升30 $\,$ cm的距离进入另一室中的Paul阱的中心。我们提出的技术来检测和控制离子和原子云之间的相对位置。
2012-04-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum frequency estimation with trapped ions and atoms
本文讨论了用量子增强方法测量Paul阱中离子和光晶格中中性原子跃迁频率的策略。我们表明，只有边际量子改进可以实现使用标准拉姆齐干涉在集体退相，这是在相关的实验设置中的噪声的主要来源的存在。因此，我们分析的方法的基础上消相干自由子空间，并证明量子增强可以很容易地实现，即使在显着不完善的状态准备和错误的检测的情况下。
2012-04-20 quant-ph
Overcoming photon blockade in circuit QED single-atom maser with engineered metastability and strong coupling
研究通过引入工程化亚稳态与受控耗散通道，在强耦合单原子微波激射器中克服光子阻塞，实现十几个光子的泵浦，并观察到传统激光特性与独特的单原子现象。
2022-09-12 physics.atom-ph quant-ph
Qubit operations using a modular optical system engineered with PyOpticL: a code-to-CAD optical layout tool
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
提出开源Python库PyOpticL，通过光束路径模拟和动态路由实现模块化光学布局，并用于构建激光系统，实现锶离子阱中超过99%保真度的单量子比特门。
2026-05-29 quant-ph
Cooling of trapped ions by resonant charge exchange
两种最广泛使用的离子冷却方法是激光冷却和通过弹性碰撞（EC）的感应冷却。在这里，我们展示了另一种冷却离子的方法，该方法是基于被困离子和超冷母原子之间的共振电荷交换（RCE）。具体地，被捕获的Cs $^{+}$离子通过与共捕获的超冷Cs原子的碰撞以及分别通过与共捕获的超冷Rb原子的碰撞而冷却。我们观察到Cs原子对Cs $^{+}$离子的冷却比Rb原子对Cs $^{+}$离子的冷却更有效。这表明除了Cs-Cs $^{+}$情况下的弹性离子-原子碰撞通道之外，还存在一种冷却机制，即通过RCE冷却。通过实验确定了RCE的冷却效率，发现碰撞前冷却比EC冷却高两个数量级。这一结果为进一步研究原子-离子杂化系统中电子跳跃电荷输运提供了实验依据。
2018-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Generation of Spin Cat States in an Engineered Dicke Model
我们研究了旋量系综集体自旋态的轨迹。这里考虑的旋量要么是自由空间中的囚禁离子，要么是被限制在空腔中的原子，这两种系统都是通过与光场的相互作用来设计的，以服从有效的Dicke模型。在Dicke模型的适当极限中，人们获得了集体自旋的单轴扭转动力学，并且在有限时间之后演化到自旋猫态，或者在长时间极限中，Dicke态$|S,0\rangle_x$，条件是没有来自系统的光子发射（即，没有量子跳跃）。然而，如果存在跳跃，系统就概率性地演化成有限数量的纠缠态循环之一，在那里系统在旋转的基础上经历两个迪克态叠加之间的持续跳跃序列。不同的周期可以通过跳跃发生的频率来区分。
2021-08-17 quant-ph
Diffusion Monte Carlo calculations for the ground states of atoms and ions in neutron star magnetic fields
将扩散量子蒙特卡罗方法推广到求解强磁场中多电子原子和离子的老理论物理问题。我们的方法的特点是用绝热近似波函数加一个Jastrow因子作为引导函数来初始化量子MonteCarlo过程。本文计算了带Z= 2，3，4，.的核电荷的原子和离子的基态能量，对于与中子星相关的磁场强度，
2007-11-30 quant-ph
Formation of molecular ions by radiative association of cold trapped atoms and ions
本文采用基于有效实势的量子化学方法，对激光冷却Rb原子与碱土金属离子（Ca $^+$，Sr $^+$，Ba $^+$）和Yb $^+$，以及Li与Yb $^+$冷碰撞过程中的辐射发射进行了理论研究.辐射缔合的分子离子的预测发生的所有系统的截面大于辐射电荷转移一个两到十倍。部分和总的速率常数也计算和可用的实验进行比较。窄形状的共振是预期的，这可以在低温下检测到的实验分辨率在目前的标准的限制。振动分布也进行了计算，表明最终的分子离子没有创建在其基态水平。
2015-02-28 physics.atom-ph quant-ph
KLM quantum computation with bosonic atoms
本文提出了一种利用玻色中性原子或玻色离子的Knill-Laflamme-Milburn（KLM）型量子计算。至关重要的是，与其他涉及原子（离子）的量子计算方案相反，不需要原子（离子）之间涉及其内部能级的受控相互作用。与光子KLM计算相比，该方案具有单原子（离子）源比单光子源更自然，单原子（离子）探测器比单光子探测器更有效的优点。
2006-10-06 quant-ph
Lasing at arbitrary frequencies with atoms with broken inversion symmetry and an engineered electromagnetic environment
为了设计一种新的激光方案，我们考虑了一个与电磁场既有横向耦合又有纵向耦合的二能级系统。如果纵向耦合足够强，则多光子跃迁成为可能。我们进一步假设电磁环境具有一个单一的尖锐共振，作为一个激光腔的频谱。另外，电磁环境应该在不同于尖锐谐振的频率周围具有非常宽的谐振。我们利用极化子变换导出了描述该系统动力学的速率方程。我们发现，如果原子跃迁的能量差近似于谱函数中两个峰的频率之和，则在锐模频率处的激光是可能的。这允许在大的频率范围内产生激光，并且可以在室温下实现THz激光。
2016-01-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering steady entanglement for trapped ions at finite temperature by dissipation
本文提出了一种耗散的方法来制备两个囚禁离子在Lamb-Dicke极限下的最大纠缠态。通过用频率与离子跃迁共振的单色驻波激光脉冲和耦合到基态跃迁的微波场来处理被囚禁的离子系统，我们获得了两个粒子之间的有效耦合，这与声子数起伏无关。同时，利用辅助激光场将囚禁离子的亚稳态抽运到短寿命离子态，实现了囚禁离子的可控自发发射。将幺正过程与工程耗散相结合，可以产生一个确定的Bell态，而与系统的初始状态无关。此外，我们的结果表明，CHSH不等式可以违反广泛的退相干参数，即使在有限的温度。
2022-07-13 quant-ph
Entangled states of trapped ions allow measuring the magnetic field gradient of a single atomic spin
利用纠缠态中的囚禁离子，我们提出了在几个$μ$ m的距离检测单个原子的磁偶极子。这需要在约10 $^{-13}$特斯拉/ $μ$ m的水平下测量磁场梯度。我们讨论的应用，例如，在确定离子磁矩的变化范围很广，调查的磁性子结构的离子与水平结构不可访问的光学冷却和检测，并为研究外来或稀有离子，和分子离子。该方案也可用于测量被光学偶极力俘获的中性原子或原子系综的自旋不平衡。由于所提出的方法依赖于离子阱量子信息处理中良好建立的技术，因此其在当前技术的范围内。
2012-07-03 physics.atom-ph quant-ph
Single-atom maser with engineered circuit for population inversion
我们提出了一个三能级超导人造原子脉泽的设计方案。该系统可以通过双光子过程相干泵浦，并且为了实现高的粒子数反转，通过耦合到transmon激发态之间的跃迁的辅助低Q腔来增加亚稳态的弛豫速率。我们数值计算表明，这样的微波激射器可以在中间耦合制度与超泊松光子统计和强耦合制度，统计是sub-Poissonian。对于前者，脉泽表现出无阈值的行为，而对于后者，有一个明确的泵浦阈值。辅助谐振器的有用的副作用是它允许克服泵浦的光子阻塞效应，否则这将阻止高光子布居。最后，我们观察到稳态Wigner函数的双稳态和自猝灭效应的一些参数。
2020-12-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Measurement of collisions between rubidium atoms and optically dark rubidium ions
测量了磁光阱中激光冷却的铷原子与重叠Paul阱中光学暗的铷离子的碰撞速率系数。在这样的混合物中，离子由MOT原子产生并允许在离子阱中积累，这导致稳态MOT原子的数量显著减少。建立了一个理论速率方程模型来描述MOT原子数的演化，由于电离和离子-原子碰撞，并推导出离子-原子碰撞速率系数的表达式。系统地研究了MOT原子的损失，通过在实验中顺序地打开各种机制。结合模型的测量，可以直接确定离子-原子碰撞速率系数。最后，这里开发的实验技术的范围进行了讨论。
2013-04-09 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity local addressing of trapped ions and atoms by composite sequences of laser pulses
量子计算机的一个重要要求是能够在不影响邻居的情况下，以高保真度本地寻址任何量子位。我们提出了一种使用激光脉冲的复合序列的寻址方法，该方法大大减少了在紧密间隔的原子或离子的晶格中的寻址误差，并且同时显著增强了量子比特操纵的鲁棒性。为此，我们为最重要的单量子比特操作设计了新颖的高保真复合脉冲。原则上，这种方法允许人们超越衍射极限，因为只有位于激光束中心周围的小空间区域内的原子才能被激发，正好在激光束腰内。
2011-06-01 quant-ph
On the isotopic shifts in the light two-electron atoms and ions
同位素位移的测定，以高精度的一些轻的双电子离子。这些同位素位移的场分量已被确定与使用的精确的Rachah-Rosental-Breit公式。
2013-03-02 physics.atom-ph quant-ph
Trapping Ions and Atoms Optically
从环境中隔离中性和带电粒子在精密实验中至关重要。几十年来，这一直是通过用射频（rf）场捕获离子和用光场捕获中性粒子来实现的。最近，已经证明了通过与光的相互作用来捕获离子。这可能允许结合光学捕获和离子的优点。例如，通过叠加光阱来研究在没有任何射频场的情况下的离子和原子的集合，以及受益于光晶格所具有的多功能和可扩展的捕获几何形状。特别是，离子提供了单独的可寻址性，电子和运动自由度，可以通过高保真度，状态相关的操作进行相干控制和检测。它们的长程库仑相互作用明显大于中性原子和分子。这为研究囚禁离子和原子的超冷相互作用和化学反应提供了条件，同时也为更高维的实验量子模拟提供了一个新的平台。这一专题审查的目的是介绍最先进的技术，并讨论当前的挑战和新兴领域的前景。
2021-05-03 physics.atom-ph quant-ph
Generation of entangled states for many multilevel atoms in a thermal cavity and ions in thermal motion
提出了一种在热腔中产生两个或多个多能级原子纠缠态的方案。在强经典场的辅助下，有效汉密尔顿中与光子数相关的部分被取消。因此，该方案是不敏感的腔衰减和热场。该方案不需要单独寻址腔中的原子。该方案也可以用来产生许多热多能级离子的纠缠态。
2012-02-24 physics.optics quant-ph
Distributing entangled state using quantum repeater protocol: Trapped atomic ions in optomechanical cavities
研究了利用量子中继协议实现囚禁原子离子纠缠态的远距离分布。实际上，长距离被分成短的部分，然后在光机械腔中使用纠缠产生和纠缠交换技术，纠缠被分发。为了完成这项任务，我们在光机械腔中执行捕获的原子离子之间的相互作用，对捕获的离子进行适当的测量，并将Bell态测量作为一种众所周知的交换纠缠的方法。相应地，纠缠分布在目标离子之间，具有令人满意的成功概率和纠缠度值。计算了泵浦光的失谐量和振幅对纠缠度和成功几率的影响。随着失谐量的增加，纠缠度和成功概率的起伏减小。通过增加泵浦光的振幅，纠缠的极大值会重复出现更多次，成功几率会经历一个反转-恢复现象。
2021-05-28 physics.atom-ph quant-ph
A New Mechanism for Sympathetic Cooling of Atoms and Ions in Atomic and Ion-Atomic Traps
用玻色原子作为缓冲气体对费米气体进行交感冷却是实现费米系统量子简并的有效途径。然而，直到最近，所有使用这种方法来冷却离子的尝试都是无效的，因为电磁Paul阱中的不可移除的离子“微动”，这阻止了许多冷原子-离子系统的热项目的实现。在这方面，我们提出了一种新的有效的方法，用于离子的交感冷却：为此目的，在原子-离子约束诱导共振（CIR）区域中使用冷缓冲原子[V.S. Melezhik，Phys.Rev.A103，53109（2021）]。我们表明，“微动”的交感冷却的破坏性影响，但是，可以被抑制在附近的原子-离子CIR。在这里，原子与离子的近距离碰撞的共振阻挡也抵抗了由于“微动”引起的加热。本文以Li-Yb $^+$和Li-Yb受限系统为例，采用量子准经典方法研究了原子-离子和原子-原子受限碰撞中共振环周围的交感冷却效应.在这种方法中，冷原子的薛定谔方程与碰撞过程中较热的重离子或原子的经典Hamilton方程同时积分。我们发现在原子-离子混合阱中，冷原子对离子的共振冷却是可能的。我们还表明，它是可能的，以提高效率的交感冷却原子陷阱，通过使用原子CIR。
2021-12-15 quant-ph
Trapped ions in Rydberg-dressed atomic gases
我们从理论上研究了浸没在超冷气体里德伯装扮的原子中的囚禁离子。通过偶极禁戒跃迁的非共振耦合，绝热原子-离子势可以变为排斥势。我们研究了原子和单个囚禁离子之间的能量交换，发现这些排斥作用在超冷区会抑制朗之万碰撞。因此，所提出的系统避免了最近观察到的混合原子-离子系统中的离子加热所造成的耦合到离子的射频捕获场，并保持超冷温度，即使在存在过量的微动。
2017-06-29 physics.atom-ph quant-ph
Excitation of heavy hydrogen-like ions by light atoms in relativistic collisions with large momentum transfers
我们提出了一个理论，在碰撞中的动量转移到原子是非常大的原子尺度上的轻靶原子激发重类氢射离子。结果表明，在这个过程中，电子和原子核的行为作为（准）自由粒子相对于彼此和它们的运动是由离子核的场。这个场对原子粒子的影响对于原子的电子引起的离子激发的贡献是至关重要的。然而，由于核质量相对非常大，在计算原子核对激发的贡献时可以忽略该场。
2012-03-16 physics.atom-ph quant-ph
Cold hybrid ion-atom systems
激光冷却囚禁离子和超冷原子的混合系统是近年来量子物理基础研究的新平台。本文综述了离子-原子冷杂化系统的理论和实验研究进展，旨在结合这两个成熟领域的最佳特性。我们提供了一个广泛的概述的理论描述的离子原子混合物及其应用，并报告在实验中的进展与保罗或偶极陷阱与冷原子云重叠，并与离子直接产生的玻色-爱因斯坦凝聚体捕获的离子。我们从微观模型开始，描述电子结构，相互作用和碰撞物理的离子-原子系统在低温和超低温下，包括辐射和非辐射电荷转移过程和它们的控制与磁可调费什巴赫共振。然后，我们描述了相关的实验技术和混合系统的内在性质。特别地，我们讨论了离子在Paul阱中的微运动对离子-原子杂化系统的影响。接下来，我们回顾了最近的建议，使用离子浸没在超冷气体研究冷碰撞，化学，多体物理，量子模拟，量子计算和它们的实验实现。在最后一部分中，我们重点讨论了分子离子通过自发辐射缔合、光缔合、磁缔合和交感冷却的形成。讨论了冷分子离子在冷控化学和精密光谱学中的应用和前景。
2019-08-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum state manipulation of trapped atomic ions
利用激光冷却和囚禁的9Be+离子研究了相干量子态合成和量子逻辑方法。我们创建和表征非经典的运动状态，包括“薛定谔猫”状态。实现了一个基本的量子逻辑门，它使用两个量子化的离子运动状态和两个离子内部状态作为量子比特。我们探讨了一些应用程序，并在实现中存在的问题，量子计算的基础上，多个被困离子。
1997-05-12 quant-ph
Optical Traps for sympathetic Cooling of Ions with ultracold neutral Atoms
我们报道了在没有任何射频场的情况下，超冷中性$ \text{Rb}$原子和$ \text{Ba}^+ $离子在一个共同的光学势中的俘获。我们以$ 370 ~ μK $制备了$ \text{Ba}^+ $，并证明了一次碰撞后$100 ~ μK $的有效交感神经冷却。我们的方法目前受到$ \text{Rb}$密度和相关三体损耗的限制，但它克服了由RF驱动的微动感应加热设置的RF陷阱的基本限制。它适用于广泛的离子-原子物种，并可能使新的超冷化学实验和复杂的多体动力学。
2019-09-18 physics.atom-ph quant-ph
Parity-Engineered Light-Matter Interaction
宇称的概念描述了系统的反转对称性，并且在标准模型、量子信息处理和场论中具有基本的相关性。在量子电动力学中，宇称是守恒的，并且需要大的场梯度来设计光-物质相互作用算符的宇称。在这项工作中，我们设计了一个由专门设计的超导通量量子位代表的钾类人工原子。我们利用共振器提供的有效轨道动量来控制人造原子的波函数宇称。通过用空间形状的微波场照射人工原子，我们原位选择了相互作用宇称。通过这种方式，我们观察到单态跃迁的偶极和四极选择规则，并通过纵向耦合诱导透明。我们的工作将可调谐人工多级原子的设计推进到一个新的水平，这在近期超导电路的量子化学模拟方面特别有前途。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Quantum Interface Between Neutral-Atoms and Trapped-Ions Quantum Registers
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究中性原子与囚禁离子量子寄存器间的量子接口，提出并分析方案，通过光镊与保罗阱势实现里德堡囚禁，增强原子 - 离子极化相互作用，实现对MS门的条件控制，为确定性原子 - 离子混合量子门和量子接口建立实用途径。
2026-07-24 physics.atom-ph quant-ph
Controlled long-range interactions between Rydberg atoms and ions
我们从理论上研究了囚禁离子与耦合到里德伯态的原子的相互作用。与基态原子的情况相比，里德伯能级的强极化率使原子和离子之间的相互作用强度增加了许多数量级，并且可以介导超过微米。我们计算出，这种相互作用可以用来产生原子和离子的运动或内部状态之间的纠缠。此外，离子可以用作总线，用于调解原子自旋之间的自旋-自旋相互作用，类似于离子阱量子模拟中大量采用的技术。所提出的方案具有吸引人的功能，因为它映射到原子上的捕获离子量子系统的好处，而不会明显阻碍其内在的可扩展性。不需要离子或原子的基态冷却，并且该设置允许完全动态控制。此外，该方案在很大程度上不受离子微动的影响。我们的研究结果是感兴趣的混合量子信息平台的开发和实施量子模拟的固态物理。
2016-02-15 physics.atom-ph quant-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
Highly-charged ions for atomic clocks, quantum information, and search for $α$-variation
我们提出了10个高电荷态的离子作为下一代原子钟、量子信息和寻找$α$ -变异的候选者。它们具有到基态的跃迁频率在170-3000 nm之间的长寿命亚稳态、相对简单的电子结构、稳定的同位素和对$α$ -变化的高灵敏度（例如，Sm $^{14+}$、Pr $^{10+}$、Sm $^{13+}$、Nd $^{10+}$）。我们预测它们的性质至关重要的实验探索和突出特别有吸引力的系统，这些应用程序。
2014-05-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Precision measurements with cold atoms and trapped ions
近年来，冷原子和囚禁离子的量子控制在科学和技术方面的进展极大地推动了其在精密测量中的应用。由于这些大质量量子系统的卓越可控性和多功能性，基于冷原子和离子的时钟，磁力计和干涉仪实现了前所未有的灵敏度。此外，这些系统还具有许多特性，可以用于促进不同场景中的应用。本文简要介绍了用于时间、磁场和惯性力精密测量的光学钟、冷原子磁强计和原子干涉仪的原理。然后，主要内容是致力于总结这三个应用程序的一些最近的实验和理论进展，特别注意到新的设计和更好的性能的可能性。本文的目的绝不是对这个快速发展领域的所有重要作品进行完整的概述，而是对前沿领域进行粗略的概述，并展示未来的迷人未来。
2020-07-17 physics.atom-ph quant-ph
Relativistic quantum theory of high harmonic generation on atoms/ions by strong laser fields
研究了类氢原子/离子在两束相对论强度的线偏振反向传输激光束形成的均匀周期电场中的高次谐波产生。本文从狄拉克方程出发，提出了消除强波相对论磁漂移阻碍因素的高次谐波相对论量子理论。具体地说，提出了一种利用超强激光和快离子束在欠稠密等离子体中产生高次谐波的方案。
2011-06-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Observation of a broadband Lamb shift in an engineered quantum system
由于宽带电磁真空涨落引起的能级的移动，即兰姆移动，在量子电动力学的发展和理解原子光谱中起着关键作用。目前，由于诸如量子计算的应用中的极端精度要求，工程量子系统中的小能量偏移是至关重要的。然而，在没有可调环境的情况下，在其原始宽带情况下解决兰姆移位是具有挑战性的。因此，在原子系统以外的环境中的观测仅限于由窄带模式组成的环境。在这里，我们观察到一个宽带兰姆位移在高品质的超导谐振器，一个场景也访问静态位移无法在兰姆的实验。我们测量几兆赫的基本谐振器频率的连续变化，通过外部调谐的工程宽带环境，这是基于混合正常金属-超导隧道结的耦合强度。我们的研究结果可能会改善高质量工程量子系统的耗散控制，并为使用这种混合实验平台研究合成开放量子物质开辟新的可能性。
2019-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vacuum polarization in light two-electron atoms and ions
自本文件第一版以来，原文已作了重大修改。最后，我们决定将这份划界案分为两部分。每一个都包括大量的更新和更正。它们被放置在ArXiv上，并有新的编号（见：ArXiv：1110.3433和1111.2303）。
2012-03-26 nucl-th physics.atom-ph quant-ph
Production of NaCa$^+$ molecular ions in the ground state from cold atom-ion mixtures by photoassociation via an intermediate state
从理论上分析了Ca（$^1$ S）Na $^+$（$^1$ S）分子离子通过中间态形成的光学途径.的形成方案是基于从头计算势能曲线和过渡偶极矩计算使用量子化学的有效核势的方法。在所提出的方法中，从冷捕获的Ca $^+$离子的混合物浸入到Na原子的超冷气体中开始，（NaCa）$^+$分子离子在激发的E $^{1}Σ^+$电子态中光缔合，并允许自发地衰减到电子基态或中间态，从该中间态，人口通过额外的光激发转移到基态。通过分析所有可能的途径，我们发现，一个双光子方案的效率，通过B $^{1}Σ^+$或C $^{1}Σ^+$势，是足以产生显着数量的基态（NaCa）$^+$分子离子。一个单一的步骤的过程导致在较低的形成率，这将需要一个高密度的样品或非常强烈的光缔合激光是可行的。
2016-06-09 physics.atom-ph quant-ph
