Quantum Manipulation of Trapped Ions in Two Dimensional Coulomb Crystals
我们表明，大量的离子存储在潘宁陷阱，并形成一个二维库仑晶体，提供了一个几乎理想的系统，可扩展的量子计算和量子模拟。特别地，内部状态与离子横向于晶面的运动的耦合允许实现两个量子位量子门。我们详细分析了与面内热振动模式的非谐耦合引起的退相干，并表明，非常高的栅极结晶度可以实现与目前的实验设置-ups。
2008-02-19 quant-ph
Entanglement Generation Using Discrete Solitons in Coulomb Crystals
激光冷却和捕获的离子可以结晶，并具有离散孤子，这是库仑晶体的非线性，拓扑保护的配置。这样的孤子，作为他们的连续对应物，可以在晶体内移动，而他们的离散性导致存在一个间隙分离，空间局域化的运动模式的振荡以上的频谱。建议这些独特的属性的离散孤子可以用于产生不同的网站之间的晶体纠缠，我们研究了一个详细的建议，在国家的最先进的实验技术的背景下。我们分析的相互作用的螺旋驱动的平面离子晶体与光学力，揭示了这种结构固有的射频陷阱中的微动的影响，而不是线性离子链。所提出的方法需要多普勒冷却的晶体和孤立子的本地化模式单独的边带冷却。由于后者的间隙分离是几乎独立的晶体尺寸，这种方法可能是特别有用的，在大型，二维和可能的三维系统中产生纠缠和研究系统与环境的相互作用。
2014-07-31 quant-ph
Ion Coulomb Crystals
离子库仑晶体（ICC）是由原子离子在低温下在射频和潘宁离子阱中形成的，具有显著的性质和许多应用的结构。库仑晶体的图像是惊人的，并揭示了晶体结构，这是由作用在离子上的捕获力和它们相互的库仑排斥力之间的平衡引起的。这些结构的应用范围从频率标准和量子模拟到测量离子化学反应的截面。
2014-11-18 physics.atom-ph quant-ph
Quantum quenches of ion Coulomb crystals across structural instabilities II: thermal effects
我们从理论上分析了[Phys.Rev.A84，063821（2011）]中描述的用于创建离子链的介观叠加的方案的效率，作为晶体温度的函数。该协议利用自旋相关力，使一个离子的电子态的相干叠加演变成链的内部和外部自由度之间的纠缠态。离子库仑晶体与外部环境隔离良好，因此应该经历一个连贯的，单一的演化，它遵循淬火并产生结构薛定谔猫状态。然而，链的温度在最终状态中引入了统计不确定性。我们的特点的量子态的晶体上的一个离子的链上进行的拉姆齐干涉仪的可见性的装置，并确定其衰减作为晶体的初始温度的函数。该分析允许确定链的初始状态的条件，以便有效地执行协议。
2013-01-16 quant-ph
Controlling the potential landscape and normal modes of ion Coulomb crystals by a standing wave optical potential
研究了小库仑晶体中离子的光诱导控制。利用强的腔内光学驻波场，实现了一维、二维和三维晶体中单个离子的亚波长局域化。基于这些发现，我们数值说明了如何应用这种光学势可以用来定制正常模式的光谱和图案的多维库仑晶体。结果代表，除其他外，重要的步骤控制库仑晶体的晶体结构，调查在量子极限和多体系统的量子模拟的传热过程。
2019-03-19 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
Localization of ions within one-, two- and three-dimensional Coulomb crystals by a standing wave optical potential
我们证明了在多维结构中库仑相互作用粒子的光致局域化。通过测量对称的红色和蓝色失谐光晶格内的散射差异，证明了由腔内光学驻波场在小的多维库仑晶体内的离子的亚波长定位，并且即使对于经历大量径向微动的离子也可以观察到。这些结果是有前途的步骤，离子库仑晶体的结构控制的光场，以及复杂的多体模拟与离子晶体或在纳米尺度上的热传递的调查，并具有潜在的应用离子为基础的腔量子电动力学，腔光力学和超冷离子化学。
2017-03-15 physics.atom-ph quant-ph
Sideband cooling of small ion Coulomb crystals in a Penning trap
我们最近在Penning阱中用解析边带冷却技术在电四极跃迁S $_{1/2} \leftrightarrow$ D $_{5/2}$上演示了单个$^{40}$ Ca $^+$离子到运动基态的激光冷却。在这里，我们报告这种技术的扩展到小离子库仑晶体制成的两个或三个$^{40}$钙$^+$离子。在Lamb-Dicke区域外，沿磁场轴的两离子串以及两离子和三离子平面晶体上实现了轴向运动的有效冷却。为了同时冷却两个轴向自由度，需要复杂的边带冷却序列。我们测量的平均激发冷却后的$\bar n_\text{COM}=0.30(4)$的质心模式和$\bar n_\text{B}=0.07(3)$的呼吸模式的两个离子串与相应的加热速率为11（2）s $^{-1}$和1（1）s $^{-1}$在陷阱频率为162 kHz。在陷阱频率为355 kHz时，双离子平面晶体轴向模的基态占有率大于75%，相应的加热速率为0.8（5）s $^{-1}$.
2017-05-23 quant-ph
Cavity electromagnetically induced transparency and all-optical switching using ion Coulomb crystals
最终在单光子水平上由一个光场控制另一个光场是一项具有挑战性的任务，在非线性光学和量子信息科学中有许多有趣的应用。由于真空中可见光子之间的直接相互作用非常弱，这种类型的控制实际上只能通过介质内的高度非线性相互作用来实现。电磁感应透明（EIT）构成了一种这样的手段，以获得极强的非线性耦合，需要促进两个微弱的光场之间的相互作用。在这里，我们展示了第一次EIT以及全光EIT为基础的光开关，使用离子库仑晶体位于光学腔。实现了前所未有的窄腔EIT特征宽度低至几kHz，并且在仅约100 kHz的窗口内实现了探测场从基本上完全透射到完全吸收的变化。通过施加一个弱的开关场，我们进一步证明了近乎完美的开关的探测场的传输。这些结果代表了未来实现量子信息处理设备的重要里程碑，如高效量子存储器，单光子晶体管和单光子门。
2011-02-24 quant-ph
Dynamics of topological defects in ion Coulomb crystals
本文从实验和理论上研究了二维离子库仑晶体中结构缺陷（扭结孤子）的性质。我们展示了不同类型的扭结孤子具有不同的物理特性可以实现，并从一种类型转化为另一种通过改变的深宽比的陷阱限制。此外，我们讨论了离子库仑晶体中的杂质，如质量缺陷，可以修改扭结创建和它们的稳定性的动力学。对于纯的和不纯的晶体，实验观察到的扭结动力学进行了详细的分析和理论解释的数值模拟和计算的Peierls-Nabarro势。最后，我们表明，静态电场提供了一个手柄，以控制的方式改变质量缺陷对扭结的影响，并允许确定性的操纵和创建扭结。
2013-05-29 physics.atom-ph quant-ph
Spectroscopy of spinons in Coulomb quantum spin liquids
计算了出射光子对$U(1)$库仑自旋液体（如量子自旋冰）中自旋子产生阈值的影响。紧急库仑相互作用修改的阈值生产截面显着，改变了预期从状态的密度突然发病反映的基本耦合参数的弱打开。现有晶格模型和材料中典型的慢光子抑制了有限动量的强度，并允许超过临界动量的大量切伦科夫辐射。这些特征与最近的数值和实验结果基本一致。
2019-06-04 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Non-invasive vibrational mode spectroscopy of ion Coulomb crystals through resonant collective coupling to an optical cavity field
基于离子电子态与光腔场在单光子水平上的共振增强集体耦合，提出了一种新的非侵入性方法来确定阱中离子库仑晶体的简正模频率.正常模式的激发观察到通过多普勒加宽的共振。与零温均匀带电液体等离子体模型的预测结果吻合良好，为研究冷等离子体模的加热和阻尼以及它们之间的耦合开辟了新的途径。
2010-06-18 physics.plasm-ph quant-ph
Nanofriction and motion of topological defects in self-organized ion Coulomb crystals
我们研究了存在拓扑缺陷的离子库仑晶体中的纳米摩擦。我们观察到签名的钉扎滑动过渡，即横向振动软模式信号的过渡和对称性破缺的晶体配置。我们目前的实验测量和数值模拟这个系统的细节，包括在壳函数和局部缺陷模式的光谱的差距。我们还研究了如何外力，如那些由于非谐势或差分光压力，打破固有的晶体对称性，从而减少模式软化附近的滑动过渡。我们发现，拓扑缺陷的局部结构和位置是必不可少的软模式的存在，并说明如何缺陷改变其属性，当它通过晶体移动。
2018-06-22 physics.atom-ph quant-ph
Polarization-gradient cooling of 1D and 2D ion Coulomb crystals
本文介绍了在线性Paul阱中对Ca $^+$多离子库仑晶体进行极化梯度冷却的实验。偏振梯度冷却的集体运动模式的本征矢量有重叠的对称轴的陷阱是通过两个反向传播的激光束，具有相互正交的线性偏振，从S $_{1/2}$到P $_{1/2}$过渡蓝失谐。我们演示了高达51个离子的线性链和22个离子的锯齿形配置中的2D晶体的冷却。冷却结果进行了比较，数值模拟和预测的一个简单的模型中的移动极化梯度冷却。
2020-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Transient dynamics in cavity electromagnetically induced transparency with ion Coulomb crystals
实验研究了在电磁感应透明（EIT）条件下光腔场与大离子库仑晶体相互作用的瞬态动力学。EIT是通过将单光子水平的探测场和具有相反圆偏振的更强的控制场注入到光学腔的相同模式中来耦合40 Ca+离子的亚稳能级的塞曼子态来实现的。EIT相互作用的动力学研究在频域-通过测量探测场稳态反射率谱-和在时域-通过测量透明性的逐步建立。实验结果被观察到是在考虑到相互作用体积中的控制场的不均匀性与理论预测非常一致，并确认光-物质相互作用，可以实现与离子库仑晶体在光学腔的高度控制。
2017-06-28 physics.atom-ph quant-ph
Spin-Peierls Quantum Phase Transitions in Coulomb Crystals
自旋-佩尔斯不稳定性描述了由于强磁相互作用导致的晶体结构转变。在这里，我们证明了冷库仑晶体的捕获离子提供了一个实验测试平台，在其中研究这个复杂的多体问题，并访问极端制度的不稳定性是由量子波动单独触发。我们提出了一个一致的分析基于不同的分析和数值方法，并提供了详细的讨论其可行性的离子阱实验的基础上。此外，我们还确定了这种量子模拟可能超过经典计算机能力的机制。
2012-07-13 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Probing Time Dilation in Coulomb Crystals in a high-precision Ion Trap
捕获离子光学时钟能够实现$10^{-18}$和可能更低的系统分数频率不确定性。然而，当前离子钟的稳定性从根本上受到单离子询问的弱信号的限制。我们提出了一个可操作的，可扩展的平台，用于扩展时钟光谱的库仑晶体阵列组成的几十个离子，同时允许系统的位移低至$10^{-19}$。使用一种新开发的技术，我们观察到三维多余的微运动振幅库仑晶体内的原子空间分辨率和亚纳米振幅的不确定性。我们发现，在离子库仑晶体的400 $μ$ m和2毫米长，时间膨胀位移的${}^+$离子由于微动可以接近$1\times10^{-19}$和低于$10^{-18}$，分别。在以前的离子阱中，即使是少数离子的光谱学，过量的微动也会主导不确定性预算。通过最大限度地减少其贡献并提供一种量化方法，这项工作为多体离子系统中的精确光谱学开辟了道路，实现了纠缠增强的离子时钟，并提供了一个良好控制的强耦合量子系统。
2018-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Trapping of Topological-Structural Defects in Coulomb Crystals
本文从实验和理论上研究了在线性射频阱中由激光冷却的离子云到库仑晶体的转变过程中所形成的结构缺陷。我们证明了预测的拓扑缺陷（“扭结”）在纯二维晶体中的创建，也发现扭结显示新的动力学特征的参数之前没有考虑的制度。扭结总是在陷阱的中心观察到，显示出大的非线性局部激发，并且它们发生的概率令人惊讶地在~0.5处饱和。模拟结果表明，由于扭结的扩展到三维空间，扭结的内部振动模式具有很强的非谐性。因此，离散扭结所经历的周期性Peierls-Nabarro势成为全局限制势，能够在晶体中心捕获一个冷却缺陷。
2013-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Emulating isomerization with two-dimensional Coulomb crystals
本文利用二维库仑晶体模拟分子异构化，通过调节势阱纵横比控制构型转变，结合蒙特卡洛模拟与实验成像，实现了亚毫秒级动力学检测，为量子模拟分子过程提供了新平台。
2025-08-07 physics.atom-ph quant-ph
Measuring impurity-induced shifts in Coulomb crystallization
School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院）
研究通过激光冷却的Ca+晶体掺杂Xe12+离子，发现杂质浓度低时结晶阈值不变，但高浓度时出现明显临界转变，偏移近似线性增长，揭示杂质局部钉扎作用，并探讨其对白矮星和中子星结晶模型的影响。
2026-03-16 astro-ph.SR cond-mat.other physics.atom-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
Trapping Ion Coulomb Crystals in an Optical Lattice
本研究在光学晶格中俘获多个离子，显著增强了对轴向电场的鲁棒性并大幅提高轴向频率，为扩展离子阵列和长程量子模拟提供了新途径。
2023-06-21 physics.atom-ph quant-ph
Structural phase transitions and topological defects in ion Coulomb crystals
我们使用激光冷却的离子库仑晶体中的谐波射频离子阱的良好控制的环境中调查的相变和缺陷的形成。离子库仑晶体中的拓扑缺陷（扭结）是近年来提出的研究孤子非线性物理和量子信息载体的新方法。当对称性破缺相变非对称地穿过时，缺陷形成。对于二阶相变，Kibble-Zurek机制预测，这些缺陷的形成遵循幂律比例的过渡速率。我们展示了一个缩放的缺陷密度和描述扭结动力学和稳定性。我们进一步讨论了实施质量缺陷和电场控制扭结制备和操纵的第一步。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall nlin.PS quant-ph
Ion Coulomb crystals: an exotic form of condensed matter
Theoretische Physik, Universität des Saarlandes（萨尔兰大学理论物理系）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Aarhus（奥胡斯大学）；Technion（以色列理工学院）；Bar-Ilan University（巴伊兰大学）
研究离子库仑晶体的形成机制与特性，探讨其在不同维度下的动态和热力学行为，以及其在低温度下的量子力学表现。
2026-03-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Non-equilibrium quantum thermodynamics in Coulomb crystals
我们提出了一个深入的研究的非平衡统计的不可逆的工作过程中产生的突然淬火接近的结构线性Z字形转变的离子库仑晶体在1+1维。通过采用谐波展开和数值模拟的基础上的分析方法，我们显示的平均不可逆的工作接近过渡的发散。我们表明，非解析行为的工作波动的特点是在量子伊辛链的临界指数。由于囚禁离子实验的技术进步，我们的结果可以很容易地得到验证。
2017-06-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Controlling two-dimensional Coulomb crystals of more than 100 ions in a monolithic radio-frequency trap
本研究在新型单片射频阱中实现约100个$^{40}$Ca$^+$离子的二维平面库仑晶体制备与表征，验证了其结构稳定性，并将105个离子的面外运动模式冷却至近基态，为二维自旋模型量子模拟奠定基础。
2023-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Creation of two-dimensional coulomb crystals of ions in oblate Paul traps for quantum simulations
我们发展的理论来描述的平衡离子的位置和声子模式的被困离子量子模拟器在一个扁圆的保罗陷阱，创建二维库仑晶体在三角形晶格。通过将离子的内部状态耦合到沿对称轴传播的激光束上，我们研究了通过轴向声子介导的有效伊辛自旋-自旋相互作用，该相互作用对离子微动不太敏感。我们发现，轴向模式频率允许编程的伊辛相互作用与逆幂律自旋-自旋耦合，可以从均匀的直流电压调谐到$r^{-3}$。这样的陷阱可以允许有趣的新的几何配置的量子模拟对中等大小的系统，包括挫折的磁性三角晶格或Aharonov-Bohm效应的离子隧道。该陷阱还结合了周期性的边界条件周围的循环，可以用来检查时间晶体。
2014-06-20 physics.atom-ph quant-ph
Coherent Control of the Rotational Degree of Freedom of a Two-Ion Coulomb Crystal
我们演示了双离子晶体角动量态的制备和相干控制。离子的平均角动量为$7780\hbar$，在圆对称势中以100 kHz自由旋转，使我们能够解决旋转边带。通过相干激发这些运动边带，我们创造了由多达四个角动量量子分离的叠加态。拉姆齐实验表明，预期的相位的叠加，这是依赖于量子分离的状态的数量。这些结果表明，在捕获离子的量子转子描述的集体运动状态的相干控制。此外，我们的工作提供了一个扩展的实用程序的捕获离子的量子模拟，干涉测量和传感。
2019-03-13 physics.atom-ph quant-ph
$^{174}\mathrm{Yb}^+$-$^{113}\mathrm{Cd}^+$ sympathetic-cooling bi-species Coulomb crystal applied to microwave frequency standard
报道了以$^{174}\mathrm{Yb}^+$离子为冷却剂的$^{174}\mathrm{Yb}^+$ - $^{113}\mathrm{Cd}^+$双组分库仑晶体的制备，并验证了其作为$^{113}\mathrm{Cd}^+$共振冷却微波频率标准的应用潜力。$^{113}\mathrm{Cd}^+$离子被捕获在中心，这大大减少了RF加热和$^{113}\mathrm{Cd}^+$离子所经受的过度微动。在该方案下，由于二阶多普勒效应引起的不确定性被降低到$5\times10^{-16}$，这代表了比交感冷却的$^{40}\mathrm{Ca}^+$ - $^{113}\mathrm{Cd}^+$晶体提高一个数量级。二阶塞曼效应对微波离子频标的不确定度贡献最大，其不确定度被减小到$4\times10^{-16}$。相关AC斯塔克位移不确定度估计为$4\times10^{-19}$。这些结果表明，使用$^{174}\mathrm{Yb}^+$作为$^{113}\mathrm{Cd}^+$的冷却剂离子是非常优越的，并确认了采用$^{174}\mathrm{Yb}^+$ - $^{113}\mathrm{Cd}^+$双组分晶体的交感冷却镉离子微波时钟系统的可行性。
2023-07-04 physics.atom-ph quant-ph
Frustrated Quantum Spin Models with Cold Coulomb Crystals
利用线性阱中之字形冷离子晶体的几何结构，提出了长程磁阻挫范例模型的量子模拟。这样的量子模拟将阐明丰富相图的复杂特征，该相图呈现铁磁、二聚反铁磁、顺磁和浮相，以及以前未被注意到的难以通过数值评估的特征。我们详细分析了它的实验可行性，并提供支持的数值证据的基础上，在当前的离子阱技术的现实参数。
2011-11-14 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Ramsey interferometry with a spin embedded in a Coulomb chain
我们表明，库仑晶体的统计特性可以通过一个标准的干涉程序进行测量的链中的一个离子的自旋。由离子的两个内部能级构成的离子自旋通过光子吸收引起的空间位移耦合到晶体模式。干涉信号中的对比度损失允许测量晶体可观测量的自相关函数。在接近临界点时，链经历二阶相变而变成锯齿形结构，信号给出了临界点处的关联函数的行为。
2008-10-21 cond-mat.other quant-ph
Analysis of a photon number resolving detector based on an ion Coulomb crystal inside an optical cavity
高效率探测单光子的能力是各种量子信息应用的关键要求。通过将用于光子的量子存储器的存储过程与基于荧光的量子态测量相结合，原则上可以在大量原子中实现高效率的光子计数。然而，大量的原子可以在不完美的初始状态制备和非共振荧光引起的噪声方面造成重大问题。我们提出了一种基于离子库仑晶体的光子数分辨探测器的具体实现方案。腔增强导致对于3000的精细度的15的有效光学深度，其中仅约1500个离子与光场相互作用。我们表明，这些值允许基本上无噪声检测的效率大于90%。适度的实验参数允许约5kHz的重复率，受荧光收集所需时间的限制。潜在的应用进行了讨论。
2013-07-26 physics.atom-ph quant-ph
Controlling systematic frequency uncertainties at the $10^{-19}$ level in linear Coulomb crystals
捕获的离子非常适合于精确的光谱学，这从单离子时钟的显著低的系统不确定性中可以看出。这些时钟的主要弱点是平均时间长，这是单个原子的低信号所必需的。增加的离子数量可以克服这种限制，并允许实现新颖的时钟方案。然而，这提出了一个挑战，以保持良好的控制系统的单粒子在空间扩展和强耦合多体系统的位移。我们测量和推导出系统的频率不确定性与光谱与离子链在一个新开发的射频陷阱阵列设计的同时捕获离子系综精密光谱。对于一个在${}^+$时钟的例子，同情地与Yb ${}^+$离子冷却，我们表明，在我们的系统中，预期的系统频率的不确定性与多离子操作可以低于$1\times10^{-19}$。我们的结果为纠缠时钟光谱和级联时钟操作等先进光谱方案铺平了道路。
2018-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Ion counting and temperature determination of Coulomb-crystallized laser-cooled ions in traps using convolutional neural networks
本文提出基于卷积神经网络的图像分析方法，从荧光图像快速准确测定库仑晶体的离子数目与温度，实现非侵入式原位监测，助力实时控制。
2025-09-08 physics.app-ph physics.atom-ph physics.chem-ph
High-accuracy multi-ion spectroscopy with mixed-species Coulomb crystals
本研究利用混合物种库仑晶体实现多¹¹⁵In⁺离子同时光谱测量，验证其与单离子钟结果一致性优于1×10⁻¹⁷，4离子时不稳定度显著降低，还推导死时间模型并指出加再泵浦激光可实现1/√N标度，为提升光钟信噪比提供可行方案。
2025-01-16 physics.atom-ph quant-ph
Coulomb crystallization of xenon highly charged ions in a laser-cooled Ca+ matrix
University of Birmingham（伯明翰大学）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)（德国电子同步辐射中心）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
通过激光冷却的Ca+离子对氙高电荷离子进行协同冷却和库仑结晶，实现了混合物种晶体，为光学频率计量、新物理探索和量子信息科学提供了平台。
2026-06-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Optical trapping of ion Coulomb crystals
囚禁离子的电子和运动自由度可以在单个量子的水平上被控制和相干耦合。在保持这种独特的控制水平的同时，逐个离子组装复杂的量子系统仍然是一项具有挑战性的任务。对于许多应用，传统阱中的线性离子链非常适合解决这个问题。然而，由于磁或射频电捕获场的驱动运动有时限制了一维的性能，并严重影响了向高维系统的扩展。在这里，我们报告了在没有射频或附加磁场的单光束光偶极阱中捕获多个钡离子。我们研究了光阱中多达六个离子的合奏中的秩序的持久性，测量它们的温度，并得出结论，离子形成线性链，通常称为一维库仑晶体。作为概念验证的演示，我们访问的集体运动，并执行光谱法的正常模式的光阱。我们的系统提供了一个平台，这是免费的驱动运动，并结合了光学捕获的优势，如状态相关的限制和纳米级的潜力，与理想的性能的晶体被困离子，如远程相互作用的集体运动。从少量的离子开始，有人提出，这些性质将允许多体物理学的实验研究和一维和二维晶体之间的结构量子相变的开始。
2017-12-22 physics.atom-ph quant-ph
Phase spectroscopy of topological invariants in photonic crystals
提出了一种利用相位谱测量光子晶体拓扑不变量的方法。我们展示了如何陈数可以推导出的反射系数相位的绕组数。给出了非零反射相绕组数系统边缘态存在性的一个显式证明。该方法被示出为一维和二维光子晶体的非平凡拓扑结构。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum quenches of ion Coulomb crystals across structural instabilities
离子链中的猝灭可以在线性-锯齿形结构转变中产生运动态的相干叠加。该过程已经在[Phys.Rev.A84，063821（2011）]中描述，并且利用自旋相关力，使得一个离子的电子态的相干叠加演变成链的内部自由度和外部自由度之间的纠缠态。通过对链上的一个离子的Ramsey干涉，理论上研究了如此产生的结晶状态的性质。的干涉测量的可见性的解析表达式获得的任意数量的离子链和淬火后经过的时间的函数。足够接近的线性锯齿形不稳定性的能见度衰减非常快，但在驱动结构不稳定性的模式的振荡周期，显示复苏。这些复活具有独立于晶体尺寸的周期性，并且它们发出量子猝灭产生纠缠的信号。
2012-08-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Symmetry Breaking and Topological Defect Formation in Ion Coulomb Crystals
对称破缺相变在自然界中起着重要的作用。当一个系统以有限的速率穿越这样的跃迁时，其因果断开的区域独立地选择新的对称性破缺状态。在这种局部选择不相容的情况下，缺陷将形成，其密度预测遵循转变速率的幂律缩放。Kibble-Zurek机制（KZM）的重要性从宇宙学到凝聚态[1-4]。在以前的测试中，在均匀的系统中，缺陷的形成，但弱依赖于过渡率和有限的外部参数的控制，到目前为止，防止测试KZM缩放。正如最近预测的[5-9]，在非均匀系统中，临界前沿的传播增强了因果关系的作用，并使缺陷密度与跃迁速率的比例变陡。我们使用离子库仑晶体中的谐波陷阱，以证明，第一次，缩放的拓扑缺陷的数量与过渡率-中央预测KZM -在一个良好的控制环境。
2012-11-29 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph physics.data-an
Electron-Nuclear Interactions as a Test of Crystal-Field Parameters for Low Symmetry Systems: Zeeman-Hyperfine Spectroscopy of Ho$^{3+}$ Doped Y$_2$SiO$_5$
本文报道了Ho $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$中电子-核超精细能级${^5\mathrm{I}_8}\rightarrow{^5\mathrm{I}_7}$跃迁的高分辨塞曼光谱。确定的晶体场参数的两个$C_1$对称性网站在Er $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$成功地用于模拟塞曼超精细数据，包括预测避免超精细水平之间的交叉下的外部磁场的影响。这两个六位和七位取代位点可以通过比较光谱与晶体场计算来区分。
2021-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Doppler cooling of a Coulomb crystal
本文从理论上研究了线性离子阱中二能级原子团的多普勒激光冷却。使用几个连续的平均步骤，我们推导出，从完整的量子力学主方程，一个方程的总机械能的一维晶体，定义在一个粗粒度的能量尺度上的网格尺寸小于线宽的电子跃迁。该方程描述了任意数量的离子和量子机制中的冷却动力学。我们讨论了遍历假设（即相空间分布只是能量的函数）的有效性。从我们的方程中，我们导出了半经典极限（即当机械运动可以经典地处理时）和Lamb-Dicke极限（即当机械波函数的大小远小于激光波长时）。我们找到了一个福克-普朗克方程的总机械能的系统，其解决方案是在协议与以前的分析计算是基于不同的假设和有效的，只有在其特定的制度。最后，在经典极限，我们推导出平均耦合的解析表达式，通过光散射，在不同的能量之间的运动状态。
2001-05-30 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
