Photon scattering errors during stimulated Raman transitions in trapped-ion qubits
本文研究了受激拉曼量子逻辑门中的光子散射误差，通过改进模型修正了先前对误差率的高估，发现基态量子比特无基本散射极限，且亚稳态量子比特可实现低于 $10^{-4}$ 的门误差。
2022-12-06 physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of the temporal matter-wave Talbot effect for trapped matter waves
我们证明了在光晶格中用超冷原子捕获物质波的时间Talbot效应。我们研究了一组基本上不相互作用的物质波的相位演化，并观察到物质波以Talbot干涉图样的形式崩塌和复活。通过使用长的扩展时间，我们的图像动量空间与子反冲分辨率，使我们能够观察分数塔尔博特条纹高达10阶。
2011-05-02 physics.atom-ph quant-ph
Motion-selective coherent population trapping by Raman sideband cooling along two paths in a $Λ$ configuration
我们报告了我们的实验边带冷却与两个拉曼跃迁的$Λ$配置，允许选择性相干布居捕获（CPT）的运动基态。将该冷却方法应用于圆极化一维光晶格中的$^{87}$ Rb原子。由于矢量极化率的存在，囚禁原子的振动频率依赖于其塞曼量子数，而$Λ$组态中一对束缚态的CPT共振依赖于它们的振动量子数.我们称这种方案为运动选择相干布居捕获（MSCPT），它是一个捕获的原子模拟的速度选择CPT开发的自由氦原子。我们观察到一个明显的下降温度附近的失谐拉曼光束，以满足CPT共振条件的运动基态。虽然由于我们的装置具有较大的Lamb-Dicke参数2.3，我们得到的最低温度是反冲极限的10倍，但实验表明MSCPT增强了拉曼边带冷却的有效性，扩大了其应用范围。讨论了在$^{87}$ Rb原子上优化MSCPT的设计参数，以及双原子极性分子提供的机会，其斯塔克位移显示出对转动量子数的强烈依赖性。
2022-05-11 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
Microwave-stimulated Raman adiabatic passage in a Bose-Einstein condensate on an atom chip
本文报道了在微波频率范围内，磁囚禁在原子芯片附近的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）内态之间的受激拉曼绝热通过（STIRAP）。本实验中使用的STIRAP协议对外部扰动是鲁棒的，因为它是绝热传输，并且功率高效，因为它仅涉及谐振（或准谐振）过程。考虑到损失和碰撞的影响，在非线性布洛赫方程模型，我们表明，最大的传输效率获得非零值的单光子和双光子失谐，这是定量证实了我们的实验测量。
2015-03-18 physics.atom-ph
Raman Sideband Cooling of Molecules in an Optical Tweezer Array
本文首次在光镊阵列中对单个 CaF 分子实现三维拉曼边带冷却，显著降低运动占据与运动熵，为分子量子信息处理和量子简并提供新路径。
2023-06-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Motion-selective coherent population trapping for subrecoil cooling of optically trapped atoms outside the Lamb-Dicke regime
我们提出了一个方案，结合速度选择相干布居囚禁（CPT）和拉曼边带冷却（RSC）的亚反冲冷却的光囚禁原子以外的Lamb-Dicke制度。该方案基于碱金属原子中的倒置$\mathsf{Y}$构型。它由一个$Λ$形成的两个拉曼跃迁之间的地面超精细水平和$D$过渡，允许RSC沿两条路径和CPT暗态的形成。利用圆极化阱中原子振动频率的状态依赖性差异，我们可以调谐$Λ$，使只有运动的基态成为CPT暗态。我们称这种方案为运动选择相干布居捕获（MSCPT）。当Lamb-Dicke参数为1时，我们对一维光晶格中的$^{87}$ Rb原子写出了RSC和MSCPT的主方程并数值求解。虽然MSCPT达到稳态的速度比RSC慢，但前者始终比后者产生更冷的原子。数值计算结果还表明，在一个有利的，但实验可行的条件下，亚反冲冷却的MSCPT以外的Lamb-Dicke制度是可能的。我们通过计算每个运动状态的相对暗度来定量解释这种性能。最后，我们讨论了MSCPT方案的应用程序的光学囚禁的双原子极性分子的斯塔克位移和振动频率表现出很大的变化依赖于旋转量子数。
2022-05-27 physics.atom-ph
Spontaneous Raman scattering out of a metastable atomic qubit
本文通过测量单个囚禁钙离子亚稳态量子比特在远失谐光照射下的自发拉曼散射率，为离子阱平台单双量子比特门的散射误差提供了实验依据，证明保真度误差可低于10⁻⁴。
2025-05-07 physics.atom-ph quant-ph
Raman cooling imaging: Detecting single atoms near their ground state of motion
我们演示了通过连续拉曼边带冷却过程中散射的光对中性原子成像。我们检测单原子被困在光镊，同时保持一个显着的运动基态分数。提出的技术提供了一个框架，单原子分辨成像的一个广泛的类原子物种。
2014-07-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Deeply-trapped molecules in self-nanostructured gas-phase material
自原子激光冷却技术问世以来，捕获或冷却自然分子一直是一个长期存在且具有挑战性的目标。在这里，我们展示了一种激光捕获分子的方法，这种方法在其配置、强调的物理动力学和结果方面都是全新的。它是基于自光学空间纳米结构的高压氢分子限制在空芯光子晶体光纤。除了一维纳米宽、强局域化的部分外，加速分子晶格是由拉曼饱和的周期性势形成的。在这些部分中，具有高达1800 m/s的速度的分子被捕获，并且在Lamb-Dicke区域中发生受激拉曼散射，以产生具有边带分辨亚多普勒发射光谱的高功率前向和后向斯托克斯连续波激光。光谱表现出一个中心线的子反冲线宽低至14 kHz，超过5个数量级，比传统的拉曼散射窄，和侧带包括莫洛三重态，分子运动侧带和四波混频。
2015-06-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A trapped ultracold atom force sensor with a $μ$m-scale spatial resolution
我们报告使用超冷系综的$^{87}$ Rb原子被困在一个垂直的晶格作为一个源的量子力传感器的基础上拉姆齐-拉曼型干涉仪。由于在交叉光偶极阱中蒸发冷却到超冷温度，我们在垂直方向上达到了低微米范围内的空间分辨率。在这种结构中，原子系综的相干时间由于原子相互作用引起的不均匀退相而退化。通过仅在横向方向上削弱约束，我们稀释了云并大大降低了这些相互作用的强度，而不影响垂直分辨率。这允许在与局部重力相关的布洛赫频率上保持$5\times10^{-6}$在1 μ s处的优异的相对灵敏度，其在一小时平均时间之后积分下降到$8\times10^{-8}$。
2018-07-16 physics.atom-ph
Opto-mechanical measurement of micro-trap via nonlinear cavity enhanced Raman scattering spectrum
从非线性光机机制出发，对高精细度环形光腔中囚禁冷原子的高增益共振非线性喇曼散射进行了简单的解释，并提出了利用它来检测原子芯片上微阱频率的方案。散射光谱的增强是由于两个不同腔模之间的相干拉曼转换介导的原子的集体振动通过非线性光-机耦合。对铷原子的非线性拉曼过程进行了简单的量子分析和多体半经典模拟。
2012-05-02 physics.atom-ph quant-ph
Coherent Control of Trapped Bosons
研究了碱金属原子数压缩超冷气体产生的介观双玻色子系统的量子行为。波函数的量子庞加莱映射在相空间的那些区域受到混沌的影响，在这些区域中，经典动力学产生的特征与hbar相当。我们还研究了在这些系统中的激发动力学量子控制的可能性。受控激发由脉冲信号介导，该脉冲信号引起从基态到更高能量状态的受激拉曼绝热通道（STIRAP）。这种转变的动力学受到相空间某些区域中脉冲引起的混沌的影响。因此，向混沌的过渡可以提供控制STIRAP的方法。
2007-12-21 physics.atom-ph
Dipole force free optical control and cooling of nanofiber trapped atoms
纳米尺度光波导周围的倏逝场提供了光与中性原子介观系综之间的有效界面。然而，被困原子的热运动，结合强烈的径向梯度的引导光，导致原子和光模式之间的时间调制耦合，从而引起额外的噪声和集体状态的运动失相。在这里，我们提出了一个偶极力自由计划的径向运动态的耦合，利用强强度梯度的导模和展示铯超精细基态和运动边带跃迁的全光耦合。我们利用这一点来延长陷阱寿命的原子系综的拉曼边带冷却的径向运动，这还没有被证明在纳米光学结构以前。我们的工作指向完全和独立的控制内部和外部原子的自由度只使用导光模式。
2017-08-11 physics.atom-ph
Coherent transients in optical lattices
本文采用基于光相干瞬态的方法研究了近共振光晶格势阱中原子在振荡态下的振动相干寿命。的相干瞬态光谱的振动拉曼共振的强度，失谐量和几何形状的晶格光束的位置和宽度的依赖关系的研究和结果进行了比较与理论预测。结果表明，光移势阱的非谐性是振动喇曼共振展宽的主要原因。我们还进行了时间分辨测量的振动激发的原子平衡在光晶格。
2000-05-09 physics.atom-ph
Harmonically Trapped Atoms with Spin-Orbit Coupling
本文研究了受拉曼跃迁诱导的Rashba和Dresselhaus自旋-轨道耦合等组合作用的一维原子的简谐囚禁。我们首先研究了单粒子基态的波函数和简并度，然后研究了两个弱相互作用玻色子或费米子。对于两粒子基态，我们着重讨论了相互作用对简并度、自旋密度分布和密度-密度关联函数的影响。最后，我们展示了这些研究如何帮助我们理解系统的多体性质。
2016-09-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Raman Imaging of Atoms Inside a High-bandwidth Cavity
高带宽、基于光纤的光学腔是未来量子网络的一个有前途的构建模块。它们被用于谐振耦合静止的量子比特，如单个或多个原子与光子，以高速率将量子信息路由到光纤网络中。在高带宽腔中，用于控制原子位置的原子-腔共振线上的标准荧光成像受到损害，因为Purcell效应强烈抑制全方向荧光。在这里，我们恢复成像的$^{87}$ Rb原子强耦合到这样的光纤法布里-珀罗腔通过检测的再泵浦荧光，这是由连续和三维拉曼边带冷却产生的。我们已经进行了详细的光谱研究的再泵浦引起的差分光位移影响的拉曼共振，依赖于强度和失谐。我们的分析确定了成像的信噪比和生存率之间的妥协制度，在物理洞察力的偶极力波动的作用，在被困原子的加热动力学获得。
2022-02-17 physics.atom-ph quant-ph
Three Dimensional Raman Cooling using Velocity Selective Rapid Adiabatic Passage
我们提出了一种新的和有效的实施拉曼冷却的被困原子。它利用拉曼脉冲和适当的频率啁啾，通过快速绝热通道实现速度选择性激发。这种方法允许在单个脉冲中处理大量非零原子速度类，并且它产生几乎为1的转移效率。我们证明了这种冷却方法使用铯原子在远失谐交叉偶极阱。三维冷却$1 \times 10^{5}$原子到$2 μ$ K是在100 ms内进行的。在这个初步实验中，最终的原子密度是$1.3\times 10^{12}$ at/cm $^3$（在2倍内），相空间密度增加超过未冷却的样品是20。数值模拟表明，温度低于单光子反冲温度应该是可以实现的这种方法。
2011-10-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Enhanced Raman sideband cooling of caesium atoms in a vapour-loaded magneto-optical trap
本文报道了铯原子在标准单池汽态磁光阱中的三维简并拉曼边带冷却（3D DRSC）。我们的改进方案包括使用单独的再泵浦激光器和优化的晶格失谐。我们将$1.5 \times 10^7$原子加载到拉曼晶格中，失谐量为-15.5 GHz（到基态F = 3）。利用增强型3D DRSC在12 ms内将它们从60 $μ$ K冷却到1.7 $μ$ K，获得的原子数约为$1.2 \times 10^7$。提出了一个理论模型来模拟测量的被困原子数。计算结果与实验数据吻合较好。该技术为在单电池系统中将大量超冷Cs原子加载到交叉偶极阱和高效蒸发冷却中铺平了道路。
2015-03-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Generating entangled atom-photon pairs from Bose-Einstein condensates
我们提出利用光驱动的玻色-爱因斯坦凝聚体的自发拉曼散射作为原子-光子对的源，其内部状态是最大纠缠的。在一个容易传输的粒子（光子）和一个容易捕获和相干操纵的粒子（超冷原子）之间产生纠缠将被证明对各种量子信息相关的应用是有用的。我们分析了自发拉曼散射产生的纠缠态的类型，并构造了一种能产生最大纠缠的几何结构。
2000-04-20 cond-mat physics.atom-ph quant-ph
Imaging and localizing individual atoms interfaced with a nanophotonic waveguide
单粒子分辨荧光成像是冷原子物理学中的一项使能技术。然而，到目前为止，这种技术还不适用于纳米光子原子光接口。在这里，我们的图像单原子被捕获和光学接口使用光学反射镜。近共振光从原子散射并成像，同时通过简并拉曼冷却抵消加热机制。我们在150毫秒内检测被困原子，并记录给定原子的图像序列。在我们的技术的基础上，我们进行了两个实验，其条件是纳米纤维捕获原子的数量和位置。我们测量了纳米纤维引导的共振光的传输，并验证了其指数缩放在几个原子的限制，根据比尔-朗伯定律。此外，依赖于原子间的距离，我们观察到的两个同时被困原子发射到的光场的干涉。所展示的技术能够实现后选择和可能的反馈方案，从而为新一代量子纳米光子学实验开辟了道路。
2020-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Fine-Structure Qubit Encoded in Metastable Strontium Trapped in an Optical Lattice
本研究实现了中性锶原子中编码于亚稳态$^3\textrm{P}_2$和$^3\textrm{P}_0$态的精细结构量子比特的相干操控，测得60+相干周期的拉比振荡、微秒级单比特旋转和数十毫秒相干时间，为双电子原子基量子计算与模拟铺路。
2024-01-25 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Four- and six-photon stimulated Raman transitions for coherent qubit and qudit operations
University of Oregon（俄勒冈大学）
通过四光子和六光子受激拉曼跃迁实现高保真度的量子比特和量子三态操作
2026-08-07 physics.atom-ph quant-ph
