Trap-to-trap free falls with an optically levitated nanoparticle
本文利用可快速开关和垂直移动的光镊,实现了电荷中性纳米粒子的自由下落与再捕获,观测到位置不确定度增大近两百倍,并提出通过线性反馈和超高真空实现毫秒级自由下落,以推动悬浮物体的大尺度离域化研究。
2025-07-17 physics.optics quant-ph
Imaging the dipole scattering of an optically levitated dielectric nanoparticle
我们使用高数值孔径(NA)成像系统实验观察纳米粒子的偶极子散射。光学悬浮的纳米颗粒提供了没有颗粒-基底相互作用的环境。我们照射的二氧化硅纳米粒子在真空中与532 nm的激光束正交的1064 nm的捕获激光束的传播方向强烈聚焦的相同的高NA物镜用于收集散射,这导致在黑暗的背景和高的信噪比。通过测量当我们旋转照射光偏振时在图像和傅立叶空间(k-空间)中的散射光分布来研究入射激光的线偏振引起的纳米颗粒的偶极子取向。当纳米粒子的偶极取向沿显微镜物镜的光轴对齐时,观察到特殊情况下的偏振涡旋(矢量光束)。我们的工作为研究Kerker条件下的散射各向异性提供了一个重要的平台。
2021-07-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Real-Time Kalman Filter: Cooling of an Optically Levitated Nanoparticle
我们证明,卡尔曼滤波器应用于估计的位置的光学悬浮的纳米粒子,并在现场可编程门阵列(FPGA)内实时操作,是足以执行闭环参数反馈冷却的中心的质量运动到亚开尔文温度。沿着被捕获的纳米颗粒的光轴的平移质心运动已经被冷却了三个数量级,从300 K的温度到162 +/-15 mK的温度。
2018-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Interaction Between an Optically Levitated Nanoparticle and Its Thermal Image: Internal Thermometry via Displacement Sensing
我们提出并从理论上分析了一个实验,其中在表面前的光悬浮纳米颗粒的位移传感可以用来测量纳米颗粒和其热图像之间的诱导偶极-偶极相互作用。这是通过使用对捕获光透明但对红外辐射反射的表面来实现的,其反射率可以被时间调制。这种偶极-偶极相互作用依赖于由二氧化硅纳米颗粒发射的热辐射,其具有足够的时间相干性以使反射的辐射与偶极的热波动相关。所产生的力比热梯度力强几个数量级,并且对于大于两微米的颗粒到表面的距离,它强烈地取决于纳米颗粒的内部温度。我们认为,使用表面前悬浮纳米颗粒的位移传感作为内部温度计在实验上是可行的。实验访问的内部物理的悬浮纳米粒子在真空中是至关重要的理解的限制,退相干造成目前的努力致力于制备纳米粒子在宏观量子叠加态。
2023-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
All electrical cooling of an optically levitated nanoparticle
本研究实现了用于光学悬浮纳米颗粒三维反馈冷却的全电控制器,基于延迟位置测量的最优策略,可实现亚开尔文温度冷却,模拟显示量子极限探测下可达三维基态冷却与全电量子控制。
2024-02-28 quant-ph
Force sensing with an optically levitated charged nanoparticle
悬浮光学机械显示出精确力测量的潜力。在这里,我们报告一个案例研究,实验表明这种力传感器的能力。使用电场作为工具来检测施加到悬浮纳米球上的库仑力。我们实验观察到的空间位移高达6.6 nm的悬浮纳米球施加直流电场。我们进一步施加AC场,并证明当驱动频率$ω_{AC}$和悬浮机械振荡器的频率$ω_0$收敛时,力感测的共振增强。我们直接测量力为$3.0 \pm 1.5 \times 10^{-20}$ N,积分时间为10秒,质心温度为3 K,压力为$1.6 \times 10^{-5}$ mbar。
2017-09-11 physics.optics quant-ph
On-demand assembly of optically-levitated nanoparticle arrays in vacuum
实现大尺度完全可控量子系统是当前物理学研究中的一个具有挑战性的课题,具有广泛的应用前景。真空光镊中的超冷原子和分子阵列已被用于量子模拟、量子精密测量和量子计算。近年来,真空中单个光悬浮纳米粒子质心运动的量子基态冷却被证实,为研究宏观量子力学和精密测量提供了前所未有的机会。在这项工作中,我们创建了一个可重构的光悬浮纳米粒子阵列在真空中。我们的光悬浮纳米颗粒阵列允许完全控制单个纳米颗粒,以形成任意图案并检测它们的运动。作为一个具体的例子,我们选择了两个纳米粒子没有旋转信号的阵列合成纳米哑铃原位合并到一个陷阱。原位合成的纳米哑铃可以旋转超过1 GHz。我们的工作为研究宏观多体物理提供了一个新的平台。
2022-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity cooling of an optically levitated nanoparticle
捕获和操纵单个原子的能力是当前实现量子模拟、量子计算和长距离量子通信的核心。控制较大粒子的运动为量子科学开辟了新的途径,无论是在物质波干涉的背景下研究基本量子现象,还是在量子光力学的背景下新的传感和转换应用。具体而言,已经提出,在高真空中的单个纳米颗粒的腔冷却允许在室温环境中产生运动的量子态以及前所未有的力灵敏度。在这里,我们迈出了进入这一制度的第一步。我们演示了由大约10 e9个原子组成的光学悬浮纳米粒子的腔冷却。粒子被捕获在适度的真空水平的几个毫巴的驻波场的光学腔和冷却通过相干散射到同一腔的模式。我们估计,我们的冷却速率足以用于基态冷却,前提是未来可以实现10 e-7毫巴真空水平下的光学捕获,例如,通过采用附加的主动反馈方案来在三维中稳定光阱。这为新的光-物质界面铺平了道路,使介观力学系统的室温量子实验成为可能。
2013-05-01 physics.optics quant-ph
Non-Hermitian dynamics and nonreciprocity of optically coupled nanoparticles
本研究利用可调非互易光学相互作用,研究两个悬浮纳米粒子的集体非厄米动力学,观察到宇称-时间对称性破缺和机械激射转变,开辟了非平衡多粒子集体效应研究新途径。
2023-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Observation of strong and tunable light-induced dipole-dipole interactions between optically levitated nanoparticles
本研究在光学悬浮纳米粒子阵列中观测到强且可调的光诱导偶极-偶极相互作用,其源于光场相位相干性,并可通过偏振控制实现静电耦合,为可编程多体系统奠定基础。
2022-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Motional entanglement of remote optically levitated nanoparticles
本文提出通过耦合传输线中纳米粒子的非弹性散射光并导向另一粒子,在远处光镊间实现光学悬浮纳米粒子的运动纠缠,同时降低反冲加热,并在现实条件下可达成瞬态与条件纠缠。
2024-08-26 quant-ph
Optically induced sieve effect for nanoparticles near a nanofiber taper
我们证明了尺寸选择性的光学捕获和运输纳米粒子附近的光锥。使用一个双波长,反向传播模式配置,我们表明,100 nm直径和150 nm直径的金纳米球(GNS)被捕获的渐逝场在不同的光功率的锥形区域。相反,当一种纳米颗粒物质被捕获时,另一种可以被运输,导致筛状效应。我们的研究结果表明,复杂的光学操纵可以实现在一个被动的配置,利用模式行为的纳米光子器件。
2021-03-16 quant-ph
Bistability and squeezing of the librational mode of an optically trapped nanoparticle
本文系统地研究了激光囚禁的悬浮非球形纳米粒子的振动模的压缩特性。通过将该模式的非线性系数展开到四阶的自由振动角$θ$,发现该模式的非线性系数只与纳米粒子的尺寸和材料有关,而与俘获势的形状无关。当驱动频率红失谐到自由振动模时,出现了双稳态和滞后现象。在蓝失谐区,我们详细地研究了振动模方差的压缩,这在角动量和角动量的测量中有潜在的应用。
2017-07-11 quant-ph
Single photons emitted by nano-crystals optically trapped in a deep parabolic mirror
研究了深抛物柱面镜聚焦下CdSe/CdS点棒的单光子发射。由于这个镜子,我们能够成像几乎全部的4 $π$发射模式的纳米尺寸的基本偶极子和验证的光阱内的棒的对齐。从陷阱中的发射体的运动动力学,我们推断,单光子发射发生从集群包括几个发射体。我们证明了光学捕获的棒状量子发射器的配置适合于有效地耦合的线性偶极子与自由空间中的电磁场的合奏。
2020-01-14 physics.optics quant-ph
3D sympathetic cooling and detection of levitated nanoparticles
冷却悬浮纳米粒子的质心运动为介观尺度的量子实验提供了一条途径。在这里,我们展示了三维交感冷却和检测的质量中心的运动悬浮二氧化硅纳米粒子。纳米粒子静电耦合到反馈冷却的粒子,而这两个粒子被困在同一个保罗陷阱。我们确定了两个制度,根据冷却的强度:在第一个制度,同情冷却的粒子热化与直接冷却的,而在第二个制度,同情冷却的粒子达到最低温度。这一结果提供了一种有效冷却和检测不能用强激光照射的颗粒(如吸收性颗粒)的途径,并为控制几个捕获的纳米颗粒阵列的运动铺平了道路。
2023-03-27 physics.optics quant-ph
Synthetic cooling translational mode of an optically trapped nanoparticle through librational mode
我们系统地研究了光悬浮非球形纳米粒子的多稳定性行为和平移和平移模式的冷却。将囚禁势展开到平动自由度和平动自由度的四阶,导出了它们的非线性和非线性耦合。通过稳定性分析,我们发现当平动驱动和平动驱动都是红失谐时,系统呈现多重稳定性。当且仅当这两个驱动器都是蓝色失谐时,系统才稳定。在定态区,我们利用平动模研究了平动模的综合冷却方案。我们发现,匹配这两种模式的驱动幅度和适当的空气压力可以优化合成冷却。将反馈冷却与合成冷却相结合,可以大大提高合成冷却极限。
2018-05-07 quant-ph
5D cooling and nonlinear dynamics of an optically levitated nanodumbbell
真空中的光悬浮非球形粒子是扭矩传感、旋转量子力学、高频引力波探测和多种其他应用的优秀候选者。许多潜在的应用,如检测Casimir扭矩附近的双折射表面,需要同时冷却的质心运动和扭转振动(或旋转)的非球形纳米粒子。在这里,我们报告了悬浮纳米颗粒的第一个5D冷却。我们在线偏振激光器中同时冷却了悬浮纳米钟的3个质心运动模和2个扭转振动模。唯一未冷却的刚体自由度是纳米哑铃绕其长轴的旋转。这种自由旋转模式不直接耦合到光镊。令人惊讶的是,我们观察到它强烈影响纳米钟的扭转振动。这项工作加深了我们对悬浮纳米粒子的非线性动力学和旋转耦合的理解,并为实现其运动的完全量子控制铺平了道路。
2020-04-06 physics.optics quant-ph
Collective scattering and oscillation modes of optically bound point particles trapped in a single mode waveguide field
激光的集体相干散射在可极化的点粒子之间产生强的光力。这些偶极力在光波导的场中在幅度和距离上被强烈增强,使得在低温下粒子以强约束的规则图案自排序。静止配置通常表现出具有强粒子和光约束的超辐射散射。在这里,我们研究的集体激发的自洽晶体粒子光结构的粒子数和泵强度的函数。多重散射和吸收改变了集体粒子场的本征频率,并产生了令人惊讶的复杂性质的本征模。对于较大的阵列,这往往会导致动态不稳定性和解体的结构,即使额外的阻尼存在。
2015-09-04 physics.optics quant-ph
Optomechanics of Levitated Dielectric Particles
本文综述了近年来真空中光阱微球和纳米粒子的光力学研究工作,这些研究为宏观量子力学和超灵敏力检测提供了理想的系统。真空中的光学捕获粒子具有机械质量品质因数,因为它与热环境良好隔离。它的振荡频率可以通过改变捕获激光器的功率来实时调谐。此外,真空中的光学捕获粒子可以自由旋转,这是一种在箝位机械振荡器中不存在的独特性质。本文主要介绍了空气和真空中介质粒子的光阱研究现状,室温下介质粒子的布朗运动,布朗运动的反馈冷却和腔冷却。我们也将讨论利用光阱介电粒子来研究宏观量子力学和超灵敏力检测。应用范围从创建宏观薛定谔猫态,测试量子波函数的客观坍缩模型,测量卡西米尔力,搜索短程非牛顿引力,以检测引力波。
2013-08-21 physics.optics quant-ph
Sensing microscopic directional noise baths with an optically cooled and levitated nanoparticle
本研究利用悬浮纳米粒子传感器,通过互相关功率谱检测定向随机微观力,实现无校准的力方向测量,并探讨了向量子领域扩展的可能性。
2023-12-14 physics.optics quant-ph
Quantum feedback cooling of a trapped nanoparticle by using a low-pass filter
University of Tokyo(东京大学);RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)(理化学研究所 emergent matter science 中心)
本文提出利用低通滤波器反馈控制实现受困纳米粒子的量子冷却,通过优化能量成本函数,使声子占据数低于传统方法,从而更有效地达到基态。
2026-01-10 quant-ph
Cooling of an optically levitated nanoparticle via measurement-free coherent feedback
本文提出一种无测量的全光学相干反馈方案,通过调节相位与延迟冷却光学悬浮纳米粒子至数百声子,并分析相位噪声限制及迈向运动基态的前景。
2025-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free space
在宏观尺度上测试量子力学需要对机械运动及其退相干进行极端的控制。机械运动的量子控制已经通过设计微机械振荡器和谐振器中的电磁场之间的辐射-压力耦合来实现。此外,基于测量的反馈控制依赖于腔增强检测方案已被用于冷却微机械振荡器到它们的量子基态。与机械束缚系统相比,光学悬浮纳米粒子是用大质量物体进行物质波实验的特别有前途的候选者,因为它们的捕获潜力是完全可控的。在这项工作中,我们光学悬浮在低温自由空间,抑制热效应足以使测量反作用占主导地位的退相干机制的毫微微克电介质粒子。通过有效的量子测量,我们可以对粒子的动力学进行量子控制。我们通过基于测量的反馈将其质心运动冷却到0.65个运动量子的平均占有率,对应于43%的状态纯度。由于没有光学谐振器及其带宽限制,有希望将电磁场的全部量子控制转移到机械系统中。再加上光阱势高度可控的事实,我们的实验平台提供了一条在宏观尺度上研究量子力学的途径。
2021-04-23 quant-ph
Electromagnetically Induced Transparency in optically trapped rubidium atoms
我们证明了电磁感应透明(EIT)的样品中的铷原子,被困在一个光学偶极陷阱。将少量的$σ^-$偏振光混合到弱的$σ^+$偏振探测光脉冲中,可以同时测量原子介质的吸收和色散特性。小至4 kHz的功能已被检测到的吸收线与20 MHz的线宽。
2007-01-10 quant-ph
Engineering of radiation of optically active molecules with chiral nano-meta-particles
研究了光学活性(手性)分子在手性纳米粒子附近的辐射。的光学活性(手性)分子的辐射与手性纳米粒子的帮助下工程的最佳条件。本文指出,为了达到这个目的,手征粒子的物质必须同时具有ε_和μ_负(双负物质(DNG))或负μ_和正ε_(μ_负物质(MNG))。我们的研究结果铺平了道路,一个有效的工程辐射的“左”和“右”的分子,并创建纯光学设备分离药物对映体。
2011-08-02 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.optics
A route to observing ponderomotive entanglement with optically trapped mirrors
两个失谐激光束的辐射压力可以创建一个稳定的陷阱悬腔镜,在这里,它示出了这样的配置纠缠的输出光场通过与镜子的相互作用。在腔内,光机械系统也可以变得纠缠。纠缠度的量化频谱使用对数负。纠缠生存在实验上可达到的制度克级质量的热噪声在室温下。
2008-03-27 quant-ph
Doppler cooling of an optically dense cloud of trapped atoms
本文研究了用激光冷却极化囚禁原子云到多普勒温度的一般技术。利用偏振光的一维光学糖蜜冷却阱中原子的轴向运动自由度。径向自由度的冷却可以通过光学致密云中散射光子的再吸收来模拟。我们目前的实验结果的铬原子云的磁阱。一个简单的模型的基础上速率方程与实验结果定量一致。这个方案使我们能够很容易地准备一个稠密的原子云在磁阱与理想的蒸发冷却的起始条件。
2002-08-20 quant-ph
Spin-based magnetic detection of optically trapped single cell in microfluidic channel
Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学合肥国家实验室)
本文提出一种结合量子磁力计与光学镊子的磁学检测方法,用于高精度单细胞分析,能有效克服生物组织中的荧光检测挑战。
2026-04-05 physics.optics quant-ph
Entangling the motion of two optically trapped objects via time-modulated driving fields
我们研究了两个被束缚的光阱微盘在单个腔中运动自由度的纠缠。通过适当地选择被困物体在光学腔中的位置并驱动腔的适当模式,可以使系统具有线性和二次光机械耦合。我们表明,通过时间调制的输入激光,可以产生两个系留微盘的基本振动模式之间的参数耦合。在适当选择调制频率的情况下,该机制可以通过双模压缩过程,在较长的时间限制内驱动微盘的运动进入不可分离状态。我们在数值上确认了我们的计划的性能,目前的技术和简要讨论了实验装置,可用于检测这种纠缠采用二次耦合。我们还评论的角度产生这种纠缠之间的振荡的光悬浮纳米球。
2014-08-14 quant-ph
Torsional optomechanics of a levitated nonspherical nanoparticle
真空中的光悬浮纳米粒子是一种用于宏观量子力学传感和研究的典型光机系统。虽然它的质心运动已被深入研究,其扭转振动仅在有限的情况下进行了理论研究。在这里,我们报告的第一个实验观察的扭转振动的光学悬浮非球形纳米粒子在真空中。我们利用光子的自旋角动量和非球形纳米粒子的扭转振动之间的耦合来实现这一点,纳米粒子的极化率是一个张量。扭转振动频率可以比其质心运动频率高一个数量级,这对于基态冷却是有希望的。我们提出了一个简单而新颖的方案,利用线偏振的高斯腔模来实现其扭转振动的基态冷却。真空中悬浮的非球形纳米颗粒也将是超灵敏的纳米级扭秤,在现实条件下具有$10^{-29} ~\mathrm{N}\cdot \mathrm{m}/\sqrt{\mathrm{ Hz}}$量级的扭矩检测灵敏度。
2016-08-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A levitated nanoparticle as a classical two-level atom
单个光学悬浮纳米粒子的质心运动类似于三个非耦合谐振子。我们展示了如何一个合适的调制的光阱势可以引起两个这些振荡器之间的耦合,使他们的动力学是由一个经典的运动方程,类似于薛定谔方程的二能级系统。基于实验数据,我们说明了这个参数耦合系统的动力学在频域和时域。我们讨论的局限性和差异的力学模拟相比,一个真正的量子力学系统。
2017-04-07 physics.optics quant-ph
Analysis of a quantum logic device based on dipole-dipole interactions of optically trapped Rydberg atoms
本文详细分析和设计了一种基于光阱中原子间里德伯态偶极-偶极耦合相互作用的中性原子量子逻辑器件。列举了导致退相干和保真度损失的主要物理机制。我们的研究结果支持在MHz速率下执行单和双量子比特门的可行性,对于每个操作,退相干概率和保真度误差在$10^{-3}$的水平。目前的局限性和可能的方法,以进一步改善设备进行了讨论。
2005-02-13 quant-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
Release and Recapture of Silica Nanoparticles from an Optical Trap in Weightlessness
本文首次在微重力环境(不来梅重力塔,2.5秒自由落体)中演示了悬浮光力学装置,并成功进行了二氧化硅纳米粒子的释放与再捕获实验,为未来太空任务奠定基础。
2025-09-10 physics.optics physics.space-ph quant-ph
Hyperfine Spectroscopy of Optically Trapped Atoms
我们对囚禁在远离共振光阱中的$^{85}$ Rb原子的超精细分裂进行了光谱研究。存在的空间依赖的移位的能级示出诱导固有的退相效应,这会导致光谱线的加宽,因此在一个更快的速率比均匀的自发光子散射所造成的原子相干性的非均匀损失。我们在这里提出了一些方法来减少这种不均匀的加宽,陷阱的几何形状,额外的激光场,和新颖的微波脉冲序列的基础上。然后,我们展示了如何超精细光谱可以用来研究光囚禁原子的量子动力学。
2004-09-28 cond-mat.soft nlin.CD physics.atom-ph
Fano Resonance in Excitation Spectroscopy and Cooling of an Optically Trapped Single Atom
本研究针对光阱中单中性原子的冷却需求,采用电磁感应透明(EIT)技术实现冷却,在荧光激发光谱中观测到Fano共振,最终温度达约6 μK,较偏振梯度冷却效果提升一倍。
2023-12-11 physics.atom-ph quant-ph
Hybrid Quantum System of a Nanofiber Mode Coupled to Two Chains of Optically Trapped Atoms
利用渐缩光场对冷原子进行捕获和光学界面作用,构成了一种新型的可控的混合量子系统。原子被捕获在两个平行的一维光晶格中,该晶格由非常靠近样品表面相对侧的适当的远蓝和红失谐倏逝场模式产生。每个光晶格的集体电子激发(激子)共振耦合到第二晶格,形成对称和反对称公共激子。相反,单个原子偶极-偶极相互作用的逆立方依赖性,我们解析地发现一个指数衰减的耦合强度与晶格之间的距离。由此产生的对称(亮)激子与共振光子相互作用形成光纤极化激元,可以通过线性光谱观察到。对于足够大的波矢,极化子衰减到自由空间的速率大大降低,这应该使该系统成为实现原子系综之间的远程量子通信的理想选择。
2010-06-11 quant-ph
Search for Dark Matter Scattering from Optically Levitated Nanoparticles
Yale University(耶鲁大学);Yale Quantum Institute, Yale University(耶鲁大学量子研究所)
利用光学悬浮纳米颗粒传感器探测暗物质散射,限制了暗物质与中子耦合强度的上限。
2025-12-19 hep-ex hep-ph quant-ph
Quantum Memory with Optically Trapped Atoms
报道了在远失谐光偶极阱中实现原子集体态量子存储的实验研究。集体原子态的产生是由拉曼散射光子的检测预示的,并伴随着在原子系综中的存储。光偶极阱在量子存储过程中对原子提供了限制,同时保持了原子的相干性。我们通过拉曼散射产生的光子对的互相关和存储在存储器中的原子态的检索来探测量子存储。非经典的相关性观察到的存储时间高达60微秒。
2008-08-20 quant-ph
Process tomography of dynamical decoupling in a dense optically trapped atomic ensemble
原子系综在量子信息科学中有许多潜在的应用。由于集体增强,在高密度下使用系综增加了量子操作的整体效率,但同时也增加了碰撞率并导致更快的退相干。在这里,我们报告的实验与光学捕获的87 Rb原子演示了20倍的相干时间增加时,应用动态去耦序列与超过200 π脉冲。我们进行量子过程层析成像,并表明,使用去耦方案的光学深度为230的密集系综可以用作原子存储器的相干时间超过3秒。
2010-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus quant-ph
Electron spin resonance of nitrogen-vacancy centers in optically trapped nanodiamonds
使用光镊装置,我们展示了三维控制的纳米金刚石在溶液中的同时读出的基态电子自旋共振(ESR)跃迁的金刚石氮空位(NV)的颜色中心的合奏。尽管运动和随机取向的NV中心悬浮在光阱中,我们观察到不同的峰在测量的ESR光谱定性类似于相同的测量散装。考虑到随机动力学,我们模拟了在外部施加的磁场中观察到的ESR谱,以使溶液中的直流磁力测定法成为可能。根据ESR谱线形状的变化,我们估计直流磁场灵敏度约为50微特斯拉/赫兹^[1/2]。该技术可以提供用于在流体环境和生物物理系统中进行基于自旋的磁、电和热感测的途径,现有的扫描探针技术无法实现该途径。
2012-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Shot noise dominant regime for ellipsoidal nanoparticles in a linearly polarized beam
在激光散粒噪声占主导地位的制度的加热和参数反馈冷却的光学囚禁的各向异性纳米粒子的结果。相关的动力学参数,如振荡频率和散粒噪声加热速率,取决于被捕获粒子的形状。对于椭球体颗粒,轴长和总尺寸的比率控制相对于频率的散粒噪声加热速率。对于具有较小椭圆度或较大尺寸的颗粒,旋转的相对加热速率倾向于小于平移的相对加热速率,表明更好的旋转冷却。对于一个反馈方案,我们还提出了结果的最低占领数,可以实现作为一个函数的加热速率和经典的不确定性的位置测量。
2017-05-04 quant-ph
Triply magic conditions for microwave transitions of optically trapped alkali-metal atoms
我们发现了光阱碱金属原子微波跃迁的“三幻”条件(光偶极阱的双幻频率-强度条件加上幻磁场)。采用简并双光子过程引起的差分光频移(DLS)来补偿单光子过程引起的DLS。此外,由于DLS与线偏振光偶极阱中的磁场无关,因此可以独立地应用磁场的魔性条件。因此,“三重魔法”的条件可以同时实现。我们还通过实验证明了双幻数频率-强度条件以及与磁场的独立性。当满足三重幻数条件时,光阱原子的非均匀退相干和均匀退相干都将得到显著抑制,相干时间也将得到显著延长。
2020-01-14 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Walk in Position Space with Single Optically Trapped Atoms
量子漫步是著名的随机漫步的量子模拟,它构成了许多科学领域的模型和应用的基础。它的性质明显不同于经典的对应物,并可能导致广泛的应用在量子信息科学。在我们的实验中,我们实现了一个量子行走线上的单个中性原子的位置上的一维自旋相关的光晶格确定性离域。利用位置分辨荧光成像技术,对最终的波函数进行了局域量子态层析表征,并证明了其空间相干性。我们的系统允许观察量子到经典的转变,并铺平了道路的应用,如量子元胞自动机。
2009-07-09 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
Resolved Raman sideband cooling of a single optically trapped cesium atom
提出一种对磁场不敏感的分辨拉曼边带冷却方案,通过单一超精细态内双光子拉曼过程,在50毫秒内使82%的单光阱铯原子达到三维运动基态,提升了长期稳定性。
2024-01-01 physics.atom-ph quant-ph
Coherence of a qubit stored in Zeeman levels of a single optically trapped atom
实验研究了Rb-87原子5S_(1/2),F=1超精细基态塞曼子态中量子比特的相干特性。自旋为1的单原子系统的拉莫尔旋进是通过在定义的初始自旋状态下制备原子,然后在可编程的自由演化期后测量所产生的状态来观察的。另外,通过执行量子态层析成像,收集关于自旋相干性的最大知识。通过使用主动磁场稳定并且不施加磁引导场,我们实现了T2*=75的横向和纵向失相时间。150 \mus,T1>0.5 ms。我们推导了单原子在近似简谐势阱中的光移分布,并表明所测得的原子自旋相干性主要受光阱势中剩余位置和状态相关效应的限制。改进的理解使更长的相干时间成为可能,这是未来应用于光晶格中原子的长距离量子通信和计算或贝尔不等式的无空洞测试的重要先决条件。
2011-07-25 quant-ph
Testing quantum physics in space using optically trapped nanospheres
空间技术的最新发展,如用于无阻力控制、热屏蔽、超稳定激光源和稳定光学腔的微推进系统,为利用光阱电介质球进行量子光学机械实验提供了理想的平台。在这里,我们将概述最近的研究结果,旨在实现MAQRO空间任务,以测试量子物理学的基础在一个参数制度的数量级超出现有的实验。特别是,我们将讨论DECIDE,这是一个准备然后研究薛定谔猫型状态的实验,其中半径约为100 nm的介电纳米球是在两个明显不同的位置同时叠加制备的。这种叠加导致了双缝干涉,干涉图样的可见性将与量子理论的预测进行比较。当我们的测试对象接近宏观尺寸时,这种方法允许测试可能与量子理论的偏差。有了DECIDE,就有可能明确地测试几个预测这种偏差的著名理论模型,例如:Diósi-Pensrose模型,Ghirardi,Rimini,Weber和Pearle的连续自发局部化模型,以及Károlyházy模型。
2013-07-26 quant-ph
Asymmetric quantum Rabi model, trap-dipole resonance, and quantum gates with optically trapped ultracold polar molecules
Center for Theoretical Physics and School of Physics and Optoelectronic Engineering, Hainan University(海南大学理论物理中心及物理与光电工程学院)
本文发现光阱中超冷极性分子的量子化运动可实现非对称量子拉比模型,并导致陷阱-偶极共振,通过引入快速iSWAP门和任意控制相位门,实现了高保真度的量子计算。
2026-05-22 quant-ph
Atom-molecule collisions in an optically trapped gas
在CO $\_2$激光偶极阱中研究了铯原子与铯$\_2$分子的冷非弹性碰撞.非弹性原子-分子碰撞可以用速率系数$\sim 2.5 \times 10^{-11} $ cm $^3$ s $^{-1}$观测和测量,主要与分子振转态的布居无关。纯原子和分子样品的寿命基本上受到静止气体碰撞的限制。纯分子陷阱的寿命范围为0.3 -1秒,比原子陷阱小四倍,这也是在纯磁陷阱中观察到的。我们给出了分子-分子非弹性碰撞速率的估计为$\sim 10^{-11}$ cm $^{3}$ s $^{-1}$ .
2005-09-23 physics.atom-ph quant-ph
Gate fidelity, dephasing, and "magic" trapping of optically trapped neutral atom
门操作的保真度和被囚禁在光偶极阱中的中性原子的相干时间是应用的优点。囚禁原子的运动是影响门保真度和相干时间的关键因素之一。在分析这种影响时,将该运动视为经典振子。这里我们把原子的运动看作量子振荡器。在分析量子门的保真度和退相干时,考虑了原子振动态的布居数。我们表明,相干旋转门的保真度是显着的热囚禁原子的温度限制。我们还证明了如果微分频移稳定且振动态不发生变化,则由于原子热运动引起的两个超精细态之间的退相可以自然地再相位化。还讨论了陷阱激光强度起伏引起的退相干。通过将原子冷却到振动基态和/或使用蓝失谐陷阱,可以显著提高门保真度和相干时间。更重要的是,我们提出了一个“魔术”的捕获条件,准备原子进入特定的振动状态。
2022-08-01 quant-ph
Extended coherence time on the clock transition of optically trapped Rubidium
光阱系综对于频率测量和量子存储器是至关重要的,但通常由于不均匀的密度和光位移而遭受强烈的失相。我们证明了一个急剧增加的相干时间为21秒的磁场不敏感的时钟过渡的Rb-87应用最近发现的自旋自重相。这一结果证实了这种新机制的一般性质,从而表明它在原子钟和量子存储器中的适用性。对所有相关频移和噪声贡献的系统研究得出2.4E-11 x tau^(-1/2)的稳定性,其中tau是积分时间,单位为秒。基于一系列的技术改进,预计所提出的频率标准可以在一个潜在的更紧凑的设置中与微波喷泉钟的稳定性相媲美。
2011-03-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
针对水溶液环境中纳米尺度传感的挑战,提出在光捕获荧光纳米金刚石中利用氮空位中心进行弛豫测量,实现对顺磁离子Gd3+的高度可重复纳摩尔灵敏度检测,并结合理论模型为生物相关条件下的顺磁离子传感奠定基础。
2024-11-20 physics.bio-ph quant-ph
Coherent scattering of low mass dark matter from optically trapped sensors
我们提出了一个寻找低质量的暗物质粒子通过动量反冲所造成的散射被困,纳米尺度的对象。我们的预测表明,即使有一个适度的fg质量传感器阵列,参数空间超出了现有的实验可以探索。较小的情况下,银质量传感器也进行了分析-其中暗物质可以相干地从整个传感器散射-使散射截面相对于与单个原子核的相互作用有很大的增强。这种传感器的大型阵列有可能探索新的参数空间低至10千电子伏的暗物质质量。如果这种传感器探测到来自暗物质的反冲,它们固有的方向灵敏度将允许明确识别暗物质信号。
2022-03-09 hep-ex hep-ph physics.ins-det