Single qubit manipulation in a microfabricated surface electrode ion trap
我们在硅衬底上微制造的表面陷阱中捕获单个$^{171}$ Yb $^+$离子，并展示了一套完整的高保真单量子比特操作的超精细量子比特。在没有激光冷却的情况下超过20分钟的捕获时间和低至0.8（0.1）量子/ms的加热速率表明这些微阱中的稳定捕获条件。实验结果表明，相干时间超过1秒，量子比特状态检测精度高，单量子比特旋转。
2013-08-09 physics.atom-ph quant-ph
Keplerian motion of particles with permanent electric dipole within cylindrical coaxial electrodes
研究了在静电场中用永久电偶极子俘获粒子的可能性。对于圆柱形同轴电极，揭示了一些粒子的开普勒轨道。在电极内的闭合轨道上成功捕获的精确标准以无量纲参数表示。对于更复杂的情况下，精确解是未知的，一个有用的工具，数值求解-局部场映射插值连续一阶导数-构造。
2019-02-25 physics.atom-ph
High stability cryogenic system for quantum computing with compact packaged ion traps
低温环境通过提供较低的运动加热速率、碰撞能量和超高真空（UHV）环境以维持长离子链延长的时间段而有益于离子捕获实验。由闭合循环低温恒温器中的压缩机引起的机械振动可以在离子和用于操纵离子的激光器的波前之间引入相对运动。在这里，我们提出了一种新的离子捕获系统，其中商业低振动闭合循环低温恒温器用于定制的单片外壳。我们测量机械振动的样品台使用的光学干涉仪，并观察到均方根相对位移为2.4 nm和17 nm之间的自由空间光束和捕获位置的峰-峰位移。我们将表面离子阱封装在一个低温封装组件中，使其易于处理，同时为离子创造一个UHV环境。阱低温封装包含用于在捕获位置附近增强吸附泵送的活性碳吸气剂材料和用于烧蚀加载的源材料。使用$^{171}$ Yb $^{+}$作为我们的离子，我们估计作为封装温度的函数使用相变的锯齿形离子链作为探针的陷阱的工作压力。我们测量到单个离子的径向模式加热速率平均为13量子/秒。使用355 nm锁模脉冲激光器，Ramsey相干测量产生330 ms的相干时间用于反向传播拉曼载波跃迁，证明了高的光学稳定性。
2021-08-12 physics.atom-ph quant-ph
Electrodynamic trapping of spinless neutral atoms with an atom chip
研究了中性原子的三维电动势囚禁。通过在微米级电极上施加时变非均匀电场，对处于$^1S_0$态的近100个$10^2$锶原子进行了捕获，捕获寿命为80 ms。为了设计电极，我们对电场进行了数值分析，并模拟了原子在阱中的运动轨迹，结果与实验结果吻合较好。
2006-03-20 physics.atom-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
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
Cryogenic setup for trapped ion quantum computing
我们报道了一个用于囚禁离子量子计算的分段表面电极阱的低温装置的设计。我们的低温恒温器的热屏蔽设计用于衰减交变磁场噪声，导致沿磁场轴的50 Hz噪声降低120 dB。我们将这种高效的磁屏蔽与单离子寻址以及高效状态检测所需的高光学访问相结合，通过放置两个透镜，每个透镜的数值孔径为0.23。低温恒温器的设计包括振动隔离，以避免由于低温恒温器的运动而导致的光学量子比特的退相干。我们测量了低温恒温器在2~s内小于$\pm$ 20~nm的振动。除了低温装置外，我们还描述了使用$^{\mathrm{40}}$ Ca $^{\mathrm{+}}$和$^{\mathrm{88}}$ Sr $^{\mathrm{+}}$离子进行操作所需的设置。激光操纵$^{\mathrm{40}}$ Ca $^{\mathrm{+}}$中光学量子比特的不稳定性被表征，在0.33 s处产生最小Allan偏差2.4 $\cdot$ 10 $^{\mathrm{-15}}$。为了评估装置的性能，我们捕获了$^{\mathrm{40}}$ Ca $^{\mathrm{+}}$离子，获得了2.14（16）~声子/s的加热速率和具有18.2（8）~ ms的1/e-时间的拉姆齐对比度的高斯衰减。
2016-07-18 physics.atom-ph quant-ph
Geometries and fabrication methods for 3D printing ion traps
用于量子信息处理的大多数微制造离子阱是2D“表面电极”类型或3D“晶片”类型。表面电极陷阱极大地简化了制造过程，并有望通过标准的半导体工业制造技术实现捕获离子量子计算机的规模化。然而，与3D几何形状相比，它们的几何形状限制它们具有低得多的捕获效率、深度和谐波。相反，3D几何形状提供了优越的陷阱性能，但制造更复杂，限制了规模的潜力。我们描述了新的“沟槽”的几何形状，存在于这两个范例之间的设计空间。它们仍然允许简单的平面电极层，但具有更有利的捕获特性。我们建议这样的陷阱可以在2D晶片上3D打印，其中已经集成了微加工组件，从而保留了表面电极陷阱的所有集成技术和缩放优势。作为原理的证明，我们使用双光子直接激光写入光刻来印刷具有所提出的几何形状的所需电极结构。
2022-05-31 physics.atom-ph quant-ph
Optically transparent solid electrodes for precision Penning traps
我们已经构思、建造并操作了一个具有导电但光学透明的固体电极的低温潘宁阱。该阱采用半开放式设计，一端为开放式，另一端为封闭式，主要由玻璃窗和透明导电层组成。这种布置允许捕获外部或内部产生的颗粒，产生用于光学激发的灵活通路和来自捕获区域的有效光收集。同时，它是电封闭的，并确保在明确定义的条件下长期的离子约束。由于其优异的表面质量和其高且均匀的光透射，窗口电极是使用孔、狭缝、金属网等的部分透射电极的极好替代品。
2018-02-09 physics.atom-ph
Trapping molecules on a chip in traveling potential wells
在衬底上的超过1200个电极的微结构化阵列已经被配置为在衬底上方大约$25 μ$ m处产生具有$120 μ$ m周期性的电场强度的局部最小值的阵列。通过向电极施加正弦变化的电势，可以使这些最小值沿着阵列平滑地移动。极性分子在低场条件下寻找量子态时，可以被捕获在这些移动势阱中。这是实验证明，通过运输亚稳态CO分子在30 mK深井，以恒定的速度移动基板上方。
2008-04-23 physics.atom-ph
Ion traps fabricated in a CMOS foundry
我们证明了在90 nm CMOS（互补金属氧化物半导体）铸造工艺中制造的表面电极离子阱中的捕获，该工艺利用顶部金属层作为陷阱电极。该工艺包括掺杂有源区和金属互连层，允许共同制造标准CMOS电路以及用于光学控制和测量的器件。在互连层之一限定阱电极层和p型掺杂硅衬底之间的接地平面的情况下，离子负载是鲁棒的并且捕获是稳定的。我们测量的运动加热速率与类似大小的表面电极陷阱中所见的加热速率相当。这是第一次展示可扩展的量子计算硬件，在任何模式下，利用商业CMOS工艺，它打开了电子和光子学的集成和共同制造的大门，用于捕获离子阵列中的大规模量子处理。
2014-06-13 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
Comparative numerical studies of ion traps with integrated optical cavities
我们研究了一系列的射频离子阱的几何形状，并调查其捕获电位的集成介质腔镜的效果。我们的目标是确定离子阱和腔的配置，最适合实现小腔体积，从而大的离子-光子耦合所需的可扩展的量子信息网络。特别是，我们调查的捕获电位失真所造成的介质材料的腔镜为不同的反射镜取向相对于捕获电极，以及反射镜错位。分析了反射镜材料的介电常数、表面电导率等对反射镜性能的影响，并研究了表面电荷对反射镜性能的影响。最小的捕获电位失真被发现，如果腔沿电极几何形状的主要对称轴对齐。这些腔配置也似乎是最稳定的任何镜子失调。
2016-10-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Microwave control electrodes for scalable, parallel, single-qubit operations in a surface-electrode ion trap
我们提出了一个表面离子阱设计，结合微波控制电极的近场单量子比特控制。电极被布置成在一个阱区中提供微波场的任意频率、振幅和偏振控制，而类似的一组电极用于使相邻区中的残余微波场为零。选择几何形状以将残余场减少到0.5%水平而不使场归零;对于实际微波幅度和相位漂移，通过归零，串扰可以保持接近0.01%水平。使用标准的光刻和电镀技术，我们已经制作了一个证明的原则电极阵列与两个捕获区。我们讨论的微波驱动系统的要求和前景的可扩展性，一个大的二维陷阱阵列。
2013-10-14 physics.atom-ph quant-ph
Design of a novel monolithic parabolic-mirror ion-trap to precisely align the RF null point with the optical focus
提出了一种新型的离子阱设计，它将高收集效率的抛物柱面镜与离子阱电极集成在一起。该设计具有三个射频（RF）电极和八个直流（DC）补偿电极。通过仔细调整三个RF电压，可以使抛物柱面镜焦点精确地与RF零点重合。因此，可以同时最小化像差和离子微动。这种单片设计可以通过将光子收集立体角扩展到$90\%\cdot4π$之外来显著提高离子-离子纠缠的产生速度。进一步分析的陷阱设置表明，射频电压变化的方法将加工精度提高到一个很宽的范围。该设计有望成为一种健壮的离子捕获方案，以提高纠缠网络节点的速度。
2020-04-19 physics.atom-ph quant-ph
Fast and high-yield fabrication of axially symmetric ion-trap needle electrodes via two step electrochemical etching
尽管在建设先进的微制造离子阱的进展，保罗陷阱采用针电极保留其意义，由于制造的简单性，同时生产高品质的系统，适合于量子信息处理，原子钟等低噪声操作，如尽量减少“多余的微动”，针应该是几何直线和相互精确对齐。先前用于制造离子阱针电极的自终止电化学蚀刻采用敏感且耗时的技术，导致可用电极的成功率低。在这里，我们展示了一种蚀刻技术，用于快速制造直的和对称的针，具有很高的成功率和一个简单的设备，降低了对对准缺陷的敏感性。我们的技术的新颖性来自于使用两步方法，采用湍流蚀刻进行快速成形和缓慢蚀刻/抛光，用于随后的表面抛光和尖端清洁。使用这种技术，离子阱的针电极可以在一天内制造，大大减少了新设备的设置时间。通过这种技术制造的针已被用于我们的离子阱，以实现几个月的捕获寿命。
2022-06-29 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Heating rate measurement and characterization of a prototype surface-electrode trap for optical frequency metrology
我们提出了一个原型表面电极（SE）陷阱的表征，作为实现一个紧凑的，单离子光学时钟的基础上Yb $^+$的第一步。SE阱的使用将是受益于洁净室制造技术和量子信息处理领域的技术进步的关键因素。我们成功地证明了在500 $μ$ m的电极距离捕获，其特征在于我们的陷阱的寿命和加热速率。据我们所知，这是SE阱中加热速率测量所达到的最高距离。用简单材料实现的这种简单的5线设计产生$\mathbf{8\times 10^3}$声子/s的加热速率。我们提供了一个分析的性能，这种原型陷阱的光频率计量。
2022-06-16 physics.atom-ph quant-ph
Multipole Electrodynamic Ion Trap Geometries for Microparticle Confinement under Standard Ambient Temperature and Pressure Conditions
微粒和气溶胶的捕获是物理学和化学的重要研究课题。我们报告的微粒捕获多极线性保罗陷阱的几何形状，在标准环境温度和压力（SATP）条件下操作。设计并测试了8电极和12电极线性阱的几何结构，目的是实现对大量粒子的捕获，并研究电动场中微粒的动力学稳定性。我们报告出现的平面和体积有序结构的微粒，这取决于交流。捕获频率和粒子比荷比。使用电解槽法绘制阱内的电势。粒子动力学模拟使用随机朗之万方程。我们强调扩展区域的稳定捕获相对于四极陷阱，以及实验和数值模拟之间的良好协议。
2016-03-14 astro-ph.IM physics.atm-clus physics.atom-ph
In-Vacuum Active Electronics for Microfabricated Ion Traps
用于量子信息社区的微制造离子阱的出现使得研究小组能够构建包含前所未有数量的捕获区的阱。然而，随着器件复杂性的增长，控制这些器件所需的数模转换器（DAC）通道的数量也在增长，一些最大的阱组件现在需要近一百个DAC通道。为这些通道提供进入真空室的电连接可能是庞大的，并且难以按比例扩大到超过捕集电极的当前数量。本文报道了一种真空DAC系统的开发和测试，该系统仅使用9个真空馈通连接来控制78个电极的微制造离子阱。该系统的特征在于捕获单个和多个$^{40}$ Ca $^+$离子。测得的轴向模式的稳定性，离子加热速率，并为被捕获的离子的传输性能与外部（空气侧）的商业DAC的系统。
2014-06-02 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Conceptually new mechanism for trapping neutral, polar particles
它示出的静态和快速振荡的电{ \it波}（源）场的叠加能够捕获具有永久电偶极矩的粒子。因此，新的捕获机制从根本上不同于鞍点陷阱，使用静态和振荡较高的多极场。稳定性分析和详细的分子动力学轨道计算证明了该阱的稳定性。钛酸钡（BaTiO $_3$）的细棒为新阱的工作原理提供了一个说明性的例子。考虑了重力的影响。预测了分岔机制的存在。新陷阱的一个特殊优势是，它也适用于相对于场产生电极的零轨道角动量。
2011-02-12 physics.atom-ph
Surface-electrode ion trap with integrated light source
在低温（8 K）表面电极离子阱中，原子离子被捕获在单模光纤的尖端。光纤用作激光的集成源，其驱动$^{88}$ Sr $^+$的四极量子位跃迁。通过捕获场的节点的\emph{in situ}平移，光纤输出的高斯光束轮廓被成像，并且以离子处的模腰为单位的光纤-离子位移被优化到模中心的$0.13\pm0.10$内，而不管初始偏移量为$3.30\pm0.10$。观察到在$125 μ$ W处的纤维诱导充电为在$670 μ$ m的离子高度处的${\sim}10$ V/m，其中充电和放电时间常数分别为$1.6\pm0.3$ s和$4.7\pm0.6$ s。这项工作对于大规模的基于离子的量子信息处理具有重要意义，其中表面电极设计中的光学集成可能是一项关键的使能技术。
2011-03-27 physics.atom-ph quant-ph
Trapping of ultracold polar molecules with a Thin Wire Electrostatic Trap
我们描述了实现超冷极性分子的直流电场陷阱，细线静电陷阱（TWIST）。构成TWIST电极的细线使我们能够将陷阱置于磁光陷阱（MOT）上。在我们的实验中，超冷极性NaCs分子在其电子基态中通过光缔合在MOT中产生，实现了低场寻求状态的分子在TWIST中的连续积累。初步的测量结果表明，TWIST陷阱的寿命是有限的，只有在室内的背景压力。
2007-10-04 physics.atom-ph
Investigations of 2D ion crystals in a hybrid optical cavity trap for quantum information processing
本文提出静态电极与光学腔场结合的二维离子晶体混合囚禁方案，分析其构型稳定性、势垒和寿命，并指出其可用于阻挫自旋量子模拟及数十离子量子信息处理。
2023-08-18 physics.atom-ph quant-ph
Analytical study of electrostatic ion beam traps
使用静电离子束阱需要在电极上设置许多电势（在我们的情况下为10个），使得调谐比使用四极阱困难得多。为了获得最佳的捕获条件，需要给出阱内静电势的解析公式。本文提出了一种计算任意轴对称电极组中静电势解析表达式的一般方法。我们使用保角映射来简化边界的几何形状。然后在简单几何空间中进行计算。我们表明，这种方法，提供了良好的精度，允许获得的电位轴上作为一个分析函数的电位施加到电极，从而导致快速，准确和有效的计算。最后，我们提出的稳定性地图取决于潜力，使我们能够找到良好的捕获条件氧4+在更高的能量比什么已经实现了到现在为止。
2010-10-19 math-ph math.MP physics.acc-ph
Creation of double-well potentials in a surface-electrode trap towards a nanofriction model emulator
我们展示了一个微制造的表面电极离子阱，可作为纳米摩擦仿真器和相互作用系统的多体动力学的研究。该阱能够在径向方向上实现单阱和双阱捕获势，其中两个势阱之间的距离可以通过施加的RF电压来调节。在双阱结构中，可以形成平行的离子串，这是一个适合于模拟Frenkel-Kontorova（FK）模型的系统。我们推导出的条件下，陷阱功能的FK模型仿真器。阱的设计使得两个离子串之间的库仑相互作用变得显著。我们报道了这种小型陷阱电极的微加工工艺以及用钙离子进行单阱和双阱操作的实验结果。与在这项工作中所展示的陷阱，我们可以创建原子访问，自组装库仑系统的FK模型中的一个广泛的调谐范围内的参数。这使得它成为一个有前途的系统量子模拟，但也为研究纳米摩擦在一维和更高的维系统。
2021-01-02 physics.atom-ph quant-ph
Trapping of Neutral Rubidium with a Macroscopic Three-Phase Electric Trap
我们将中性基态铷原子囚禁在一个基于纯电场的宏观陷阱中。为此，三个静电场配置以周期性方式交替。铷在磁光阱中预冷，转移到磁阱中，然后转移到电阱中。电阱由六个立方体排列的杆状电极组成，提供充足的光学通路。在三相电阱中，初始温度约为20微开的情况下，已经捕获了多达10^5个原子。观测结果与详细的数值模拟结果吻合良好。
2007-07-11 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
Site-resolved imaging of beryllium ion crystals in a high-optical-access Penning trap with inbore optomechanics
我们提出了一个实验系统的设计，建设和表征，能够支持广泛的量子模拟实验与数百个自旋量子比特使用Be-9离子在潘宁陷阱。本文详细介绍了核心光学和捕获子系统及其集成。我们首先描述了分离装载区和实验区的双阱设计以及相关的真空基础设施设计。实验区陷阱电极被设计用于广角光学访问（例如，用于设计跨大离子晶体的自旋运动耦合的激光器），同时提供谐波捕获电势。我们描述了一个近零损耗的液体制冷剂为基础的超导磁体，采用在两个捕获和建立一个量子化场的离子自旋状态，并配备了一个双级远程电机LN 2LHe再冷凝器。使用核磁共振（NMR）探头的实验测量表明，百万分之一的均匀性超过7毫米直径的圆柱体体积，从脉冲管操作测得的NMR线宽没有明显的影响。接下来，我们描述了一个定制的工程inbore光学机械系统，提供紫外线（UV）激光的陷阱，并支持多个对齐的光学物镜的顶部和侧视图成像在实验陷阱区域。我们描述的设计选择，包括使用非磁性测角仪和精密对准的平移阶段。此外，光学机械系统集成了UV兼容的纤维光学，其将系统的对准与远程光源解耦。使用该系统，我们提出了现场解决的离子晶体的图像，并展示了通过控制旋转壁电极和径向激光束来实现平面和三维离子阵列的能力。展望未来的工作，我们包括干涉。
2019-05-07 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Cold molecular ions on a chip
我们报道了离子阱芯片表面上分子离子的感应冷却和库仑结晶。N $_2^+$和CaH $^+$离子被限制在表面电极射频离子阱中，并通过与激光冷却的Ca $^{+}$离子的相互作用冷却到毫开尔文范围内的长期平移温度。由表面电极产生的捕获电势的配置使得能够形成平面双组分库仑晶体和分子从芯片上的原子离子的空间分离。利用分子动力学模拟对库仑晶体的结构和热性能进行了表征。本研究将基于芯片的捕获技术扩展到库仑结晶分子离子，在质谱、冷化学、量子信息科学和光谱学中具有潜在的应用。
2014-04-16 physics.atom-ph physics.chem-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
Compact Yb$^+$ optical atomic clock project: design principle and current status
基于$^{171}$ Yb $^+$的$^2S_{1/2} \rightarrow ^2D_{3/2}$ 435.5 nm跃迁，设计了一种紧凑型光钟.离子阱将基于微制造电路，表面电极产生捕获电势以将单个Yb离子定位在离电极几百$μ$ m处。我们提出了我们的陷阱设计以及模拟所产生的捕获赝势。我们还提出了一个紧凑的，多通道波长计，将允许在369.5 nm，935.2 nm和638.6 nm冷却离子所需的冷却，再泵浦和清除激光器的频率稳定。我们使用这种波长计的特性和稳定的扩展腔二极管激光器的频率在369.5 nm和638.6 nm。
2016-03-18 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Trapping and coherent manipulation of a Rydberg atom on a microfabricated device: a proposal
我们提出应用原子芯片技术来捕获单个原子的圆形里德堡态。微加工结构的小尺寸将允许具有足够高的微波截止频率以抑制里德伯原子的自发发射的阱几何形状，从而为在很长时间内完全控制外部和内部自由度铺平道路。捕获是通过使用精心设计的电场来实现的，该电场由简单的电极图案产生。我们表明，它是可能的，激发，然后陷阱，一个和只有一个里德伯原子从一个基态原子云限制在一个磁性原子芯片，本身集成了里德伯陷阱。同时捕获原子的不同内部状态，为我们提供了一个非常有吸引力的原子-表面和原子-原子相互作用的研究两个级别的系统。我们描述了一种方法，减少了三个数量级的失相由于斯塔克位移，诱导的陷阱场，内部跃迁频率。这允许与自旋回波技术相结合，在第二范围内随时间保持内部相干性。这种方法通过受控的光位移来操作，使得两个内部状态的斯塔克位移几乎相同。我们彻底识别并说明不完美的来源，以便在每一步验证我们的建议的现实性。
2005-06-14 physics.atom-ph quant-ph
Phase-space study of surface-electrode Paul traps: Integrable, chaotic, and mixed motions
我们提出了一个全面的相空间处理带电粒子在电动势阱中的运动。我们以五线表面电极保罗陷阱为重点，研究了单个离子可积和混沌运动的细节。我们引入适当的相空间措施，并给出了一个普遍的表征的陷阱有效性的参数的函数。我们严格推导出常用的（与时间无关的）赝势近似，量化其有效性的制度，并分析其故障的机制内的时间依赖的潜力。我们开发的相空间方法给出了一个一般的框架，用于描述离子动力学在各种各样的表面保罗陷阱。为了探索这个框架实验，我们提出并分析，使用数值模拟，一个实验，可以实现与现有的四线陷阱。我们预测一个强大的实验签名的混合规则和混沌相空间结构内的陷阱口袋的存在。复杂丰富的逃逸动力学表明，表面陷阱可以探索相空间中的微观哈密顿输运现象。
2018-05-31 nlin.CD physics.atom-ph quant-ph
3D-printed components for electron-ion trapping: Pre-experimental tests of functionality and ultra-high vacuum compatibility
Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学数学物理学院）；Institute of Photonics and Electronics CAS（捷克科学院光子与电子研究所）
通过L-PBF技术制造的3D打印组件在超高真空环境下实现了电子-离子捕获实验的可行性，为微波检测和低能离子-电子相互作用研究提供基础。
2025-11-18 physics.atom-ph physics.ins-det
Design of a Surface Trap for Freely Rotating Ion Ring Crystals
我们提出了一个设计的射频。使用平面电极捕获，目标是在直径范围在100 $μ$ m和200 $μ$ m之间的小环结构中捕获大约100个离子。为了最小化由于制造而导致的阱电极缺陷的影响，我们的目标是在阱电极上方约400 $μ$ m处捕获离子。鉴于实验，以创造自由旋转的晶体附近的基态，我们数值研究的因素，打破了旋转对称性，如外部杂散电场，局部充电的陷阱电极，和制造缺陷。我们的结论是，这些缺陷可以控制得足够好，在国家的最先进的实验条件下，允许自由旋转的离子环，即使在能量相当于旋转自由度的基态能量。
2014-12-11 physics.atom-ph
Industrially Microfabricated Ion Trap with 1 eV Trap Depth
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）
本文提出一种大规模MEMS微加工工艺制备的3D离子陷阱，实现1 eV陷阱深度，适用于长周期高稳定性离子囚禁，具备高可扩展性。
2022-03-01 physics.app-ph physics.atom-ph quant-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
Cryogenic Trapped-Ion System for Large Scale Quantum Simulation
本文介绍了一个用于自旋模型大规模量子模拟的低温离子捕获系统。我们的设备是基于一个分段刀片离子阱封闭在4 K低温恒温器，这使我们能够定期捕获超过100个$^{171}$ Yb $^+$离子在线性配置数小时，由于低背景气体压力从差分低温泵。我们的特点是低温真空使用捕获离子晶体作为压力计，测量非弹性和弹性碰撞率与分子背景气体。我们证明了近等距的离子间距链高达44个离子使用非谐轴向电位。这种大的线性离子链的可靠的生产和寿命的提高将使量子模拟的自旋模型，是棘手的经典计算机建模。
2018-02-09 physics.atom-ph quant-ph
Multi-junction surface ion trap for quantum computing
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Duke University（杜克大学）
针对表面离子阱射频电极增大带来的功耗上升难题，研究人员通过抬高射频电极、移除下方大部分绝缘介电层降低了两类功耗，并测试了不同条件下的加热速率，推进了量子计算离子阱的可扩展性。
2024-03-01 physics.atom-ph quant-ph
Radiofrequency multipole traps: Tools for spectroscopy and dynamics of cold molecular ions
多极射频离子阱是一种在可控环境中研究分子离子及其相互作用的通用工具。特别是低温22极离子阱配置用于研究离子分子反应和复杂的分子光谱在几个开尔文和室温之间的温度。本文介绍了一个教程射频离子捕获多极电极配置。稳定的捕获条件和缓冲气体冷却，以及重要的加热机制，进行了讨论。此外，选定的实验研究阳离子和阴离子分子反应和光谱的捕获离子进行审查。从这些研究出发，展望了多极离子阱的研究前景。
2009-03-15 physics.atom-ph
A Comprehensive Study on A Tapered Paul Trap: From Design to Potential Applications
本文研究一种锥形保罗阱，其倾斜射频电极形成漏斗形囚禁势并使径向与轴向运动耦合，已用于单原子热机和仄牛顿力放大实验，在量子热力学、量子传感与量子信息领域具有应用前景。
2024-07-02 physics.atom-ph quant-ph
Numerical investigation of a segmented-blade ion trap with biasing rods
我们报告了一个线性离子阱，具有分段叶片和偏置杆的数值研究。我们的系统由射频（rf）叶片，直流叶片与十个独立的电极，和两个偏置杆补偿离子的微动。计算后的离子的光学访问，我们发现射频和直流电压，导致在一个稳定的捕获配置的$^{171}$ Yb $^{+}$离子。本文还探讨了偏置杆的微动补偿，并计算了叶片偏心对陷阱势的影响。我们的工作提供了定量的理解的陷阱架构，协助可靠的操作的离子阱量子计算机。
2022-12-26 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
One-dimensional array of ion chains coupled to an optical cavity
我们提出了一种新的混合系统，其中的光学腔集成了一个微加工的平面电极离子阱。阱电极产生可调的周期性电势，允许捕获沿着腔轴间隔160 $μ$ m的多达50个单独的离子链。每个链可以包含耦合到腔模的多达20个可单独寻址的Yb \textsuperscript{+}离子。我们证明了静电周期电位和离子腔耦合控制的网站之间的离子的确定性分布。该耦合的测量强度应允许使用$\lesssim$ 10离子进入强集体耦合状态。该光腔可以作为离子间的量子信息总线，或者用于产生强波长尺度的周期性光势。
2013-02-12 physics.atom-ph quant-ph
The open LPC Paul trap for precision measurements in beta decay
LPCTrap实验使用了一个开放的保罗阱，该阱是为了精确测量放射性离子的β衰变而建造的。最初的目标是精确测量6He衰变中的β中微子角相关系数。它的几何形状是对圆柱形电极产生的谐波电势进行仔细优化的结果。它取代了以前考虑的几何形状，提出了一个较小的检测立体角的β粒子和反冲离子。我们在这里描述的方法，用于潜在的优化，我们目前的测量性能的捕获时间，云的大小和温度，以及空间电荷相关的限制。平衡状态下的离子云的性质很好地再现了一个简单的数值模拟，使用硬球碰撞，这另外提供了对捕获损失机制的见解。观察到的捕获liftetimes的解释进一步证实了最近开发的模型在保罗陷阱的离子云。开放式疏水阀应服务于其他项目。它目前用于TRAPSENSOR实验中的调试目的，也被认为是在MORA实验框架中涉及极化$^{23}$ Mg和$^{39}$ Ca离子的β衰变的标准模型测试中。后一种测试需要离子的阱内极化以及捕获和检测设置的进一步优化。基于模拟结果和模型给出的解释，讨论了捕获装置的不同改进。
2020-04-04 physics.atom-ph physics.ins-det
Fabrication of a planar micro Penning trap and numerical investigations of versatile ion positioning protocols
我们描述了一个通用的平面潘宁陷阱结构，它允许动态修改捕获的结晶几乎任意。该陷阱由37个六边形电极，每个具有300米的外接圆直径，在金蓝宝石光刻技术制造。每个六边形都可以单独寻址，从而形成电势。这种设备的制造与洁净室的方法进行了演示。我们说明了一个详细的数值模拟的横向和垂直运输的设备的可变性，我们模拟捕获在赛道和artificial晶体pacerurations。该阱可用于离子或电子，作为量子光学和量子信息实验的通用容器。
2010-03-01 physics.atom-ph quant-ph
Fluorescence-lifetime-limited trapping of Rydberg helium atoms on a chip
亚稳态（1 s）（2 s）的$^3{\rm S}_1$氦原子产生的超音速束被激发到里德伯-斯塔克态（$n$在$27-30$范围内）在低温环境中，随后减速，并捕获以上，表面电极减速器。在捕获实验中，里德伯原子在75~ $μ$ s和33~mm的距离内静止，并在$0-525$ ~ $μ$ s范围内保持静止时间$t_{\mathrm{trap}}$，然后再被脉冲场电离加速用于探测。使用自制的阀产生持续时间约为20 $μ$ s的短气体脉冲，使得能够减少气体脉冲的尾部部分中与原子碰撞所产生的损失。将减速器冷却到4.7 K进一步抑制了由黑体辐射和与从减速器表面脱附的原子碰撞引起的跃迁引起的损失。减速过程中原子损失的主要贡献（60%）归因于能量高于陷阱鞍点的原子从减速器移动陷阱中逃逸、自发发射以及与气体脉冲尾部中的原子碰撞，每一个仅造成约20%的原子损失。在4.7 K时，发现实验中捕获阶段的原子损失几乎完全由自发发射引起，并且发现陷阱寿命对应于里德伯-斯塔克态的自然寿命。提高温度到100 K增强了陷阱的损失由黑体辐射刺激的转变。
2019-04-16 physics.atom-ph
Vertical ion transport in a surface Paul trap: escalator and elevator approaches
P.N. Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）；Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）
该研究提出两种方法实现垂直离子运输，通过优化几何结构和动态重新定位RF零点，提高离子捕获高度，用于量子处理器的高量子体积应用。
2026-03-06 physics.atom-ph quant-ph
Integration of a high finesse cryogenic build-up cavity with an ion trap
本文实现了一种精细度13000、腔内功率10 kW的低温半球形光学腔，并将其与射频保罗阱集成，实现光与射频联合囚禁，同时研究了高功率热自锁定效应及阱中心与腔模的偏移。
2023-04-15 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Ball-grid array architecture for microfabricated ion traps
用于量子信息研究的最先进的微制造离子阱接近一百个控制电极。我们在这里报告的发展和测试的一个新的架构，微制造离子阱，球栅阵列（BGA）连接，这是适合日益复杂的陷阱设计。在BGA阱中，贯穿衬底的通孔将电信号从阱管芯的背侧带到顶侧上的表面阱结构。金球凸块键合将陷阱管芯的背面连接到中介层，用于从载体路由信号。制作在陷波管芯中的沟槽电容器取代了面积密集的表面或边缘电容器。BGA架构中的焊线被移到中介层。这最后两个特征允许捕获裸片减小到仅产生捕获场所需的面积。更小的陷阱尺寸允许寻址激光束的紧密聚焦，用于快速单量子比特旋转。以$^{40}$ Ca $^+$离子为特征的BGA阱的性能在离子加热速率、模式频率稳定性和存储寿命方面与先前的表面电极阱相当。我们演示了在第二个BGA阱中与$^{171}$ Yb $^+$离子的双量子比特纠缠操作。
2015-05-05 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Electronic detection of charged particle effects in a Penning trap
我们提出了一个彻底的分析的电子检测带电粒子，局限在潘宁陷阱，通过图像电荷在陷阱电极中诱导。带电粒子在电极结构中的俘获导致频率偏移，这是由于图像电荷和空间电荷效应。这些效应对于涉及高电荷密度或需要高运动频率精度的潘宁陷阱实验是重要的。我们的图像电荷的分析表明，只有（高阶）奇功率的粒子位移导致感应电荷的差异，从而产生一个信号。这意味着，除了被捕获的粒子云的质心频率之外，更高阶的单个粒子频率也会感应出信号，该信号可以由附接到陷阱电极的电子检测电路拾取。我们还推导出图像电荷和空间电荷引起的频率偏移的解析表达式，并进行空间电荷效应的模拟。在这方面，我们讨论的后果的转移粒子频率的粒子运动的电阻冷却。
2006-08-04 physics.atom-ph
Electrical Noise Produced by Micron-Sized Particles above a Surface Paul Trap
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Challenge Institute for Quantum Computation, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校量子计算挑战研究所）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
测量发现表面离子阱中电场噪声水平在600微米区域内变化达三个数量级，高噪声区域附近存在微米级颗粒，将其建模为具有有效损耗角正切0.33的有损电介质可解释噪声幅度、空间和频率依赖性。
2026-07-20 physics.atom-ph quant-ph
Trap-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors with Improved RF Tolerance for Trapped-Ion Qubit State Readout
本文提出在射频离子陷阱中集成带接地铝镜屏蔽的 NbTiN 超导纳米线单光子探测器，可在 54V 峰值射频电势和 6K 温度下以 68% 系统探测效率工作，为可扩展量子计算中多种囚禁离子的并行高保真态读出提供支持。
2023-02-02 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.atom-ph
How can a 22-pole ion trap exhibit 10 local minima in the effective potential?
在22极离子阱中，测量了不同阱参数下OH $^-$离子的柱密度分布。密度是从位置相关的光剥离速率测量获得的。总体而言，协议被发现与理想的22极的有效电位。然而，此外，我们观察到10个不同的最小值的陷阱电位，这表明打破了22重对称性。数值模拟表明，一个子集的射频电极的位移可以作为这种对称性破缺的解释。
2009-03-17 physics.atom-ph
Integrated optical multi-ion quantum logic
实用且有用的量子信息处理（QIP）需要相对于当前系统在基本操作的错误率和规模上进行显着改进。单个捕获离子量子比特的基本特性对于长期系统来说是有希望的，但是涉及其精确控制的光学是缩放的障碍。集成在离子阱设备内的平面制造光学器件可以使这样的系统同时更鲁棒和可并行化，如先前的单离子工作所建议的。在这里，我们使用与表面电极离子阱共同制造的可扩展光学器件来实现高保真多离子量子逻辑门，这通常是建立量子计算所必需的精确，大规模纠缠的限制因素。在低温环境中，通过多个通道上的直接光纤耦合，将光有效地传输到阱芯片，从而消除了将光束对准真空系统和低温恒温器的需要，并为振动和光束指向漂移提供了鲁棒性。这使我们能够进行基态激光冷却的离子运动，并实现门产生两个离子纠缠态的结晶度$>99.3(2)\%$。这项工作展示了减少敏感量子逻辑中的噪声和漂移的硬件，同时为高保真量子处理器的实际并行化提供了一条途径。类似的设备也可以在中性原子和离子的量子传感和计时中找到应用。
2020-07-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
