Cryogenic $^9$Be$^+$ Penning trap for precision measurements with (anti-)protons
利用激光冷却和量子逻辑方法的冷却和检测方案可以有助于重子扇区中的高精度CPT对称性测试。本文介绍了一个利用库仑相互作用对$^9$ Be $^+$离子进行共振冷却的实验。我们设计并建立了一个装置，首次在潘宁阱中显示了两个相同离子之间的这种耦合。在本文中，我们提出了成功的装载和多普勒冷却的云和单离子的证据。我们的耦合方案在一系列高精度测量中的应用在潘宁陷阱，并有可能大大提高这些实验中的运动控制。
2019-06-24 physics.atom-ph
Decay rate measurement of the first vibrationally excited state of MgH$^+$ in a cryogenic Paul trap
本文提出了一种在低温线性Paul阱中测量库仑晶体中简单极性分子离子第一激发振动态衰减速率的方法。具体地说，我们已经监测到的$|ν$ = $1,J$ = $1 \rangle_X$衰减到$|ν$ = $0,J$ = $0 \rangle_X$水平在MgH $^+$的$|ν$ = $0,J$ = $2 \rangle_X$ - $|ν$ = $1,J$ = $1 \rangle_X$过渡的饱和激光激发，然后由状态选择共振增强双光子解离出的$|ν$ = $0,J$ = $2 \rangle_X$水平。该技术能够确定衰减率，从而吸收强度，精度在百分之几的水平。
2013-05-17 physics.atom-ph
Fast adiabatic transport of single laser-cooled $^9$Be$^+$ ions in a cryogenic Penning trap stack
本研究在低温彭宁阱系统中实现了单$^9$Be$^+$离子的快速绝热输运，以支持协同激光冷却并提升多阱实验效率，为反质子量子逻辑光谱学奠定基础。
2023-09-13 physics.atom-ph
Compact RF resonator for cryogenic ion traps
我们报告的调查和实施的集总元件，射频谐振器用于在低温真空环境中驱动离子阱。谐振器需要达到陷波所需的电压（约100 V），同时消耗尽可能少的功率（< 250 mW）。最终在5.7K下测得100的电压增益。单个钙离子被限制在由该装置驱动的陷阱中，提供了在低温下成功的谐振器操作的证明。
2012-04-29 physics.atom-ph quant-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
Observation of Cold Collisions between Trapped Ions and Trapped Atoms
我们展示了一个双阱系统，非常适合于研究被困离子和被困原子之间的冷碰撞。使用Yb $^+$离子被限制在一个保罗陷阱和Yb原子的磁光阱，我们研究了几种同位素的碰撞能量下降到400 neV（5 mK）的电荷交换碰撞。在原子极化率为143 a. u时，测量的$6 \times 10^{-10}$ cm $^{3}$ s $^{-1}$的速率系数在碰撞能量的四个数量级上是常数，与半经典Langevin模型的结果符合得很好.
2009-02-04 physics.atom-ph
Photodissociation of trapped Rb$^+_2$ : Implications for simultaneous trapping of atoms and molecular ions
从理论和实验上研究了$^{85}$ Rb磁光阱（MOT）冷却光对$_2^+$ Rb分子离子的直接光解作用。振动激发的Rb $_{2}^{+}$离子由Rb MOT中光缔合形成的Rb $_{2}$分子的光电离产生，并被捕获在改进的球形Paul阱中。测量了在MOT冷却光存在下被捕获的Rb $_{2}^{+}$离子信号的衰减速率，并观察到与我们计算的分子离子光解离速率一致。由于MOT光的光解离机制预计是活跃的，因此对于所有的homopolymer双原子碱金属分子离子是普遍的。
2016-09-29 physics.atom-ph
Cryogenic silicon surface ion trap
囚禁离子是构建量子信息处理器和量子模拟器的杰出候选者。它们被用来演示量子门和算法、量子纠错和基本的量子模拟。然而，为了实现这种系统的全部潜力并使可扩展的捕获离子量子计算成为现实，存在许多必须解决的实际问题。这些措施包括解决观察到的高离子加热速率和创建可简单可靠地生产的可扩展的陷阱结构。在这里，我们报告低温操作的硅离子阱，可以快速，容易地制造使用标准的半导体技术。单个$^{40}$ Ca $^+$离子已被捕获并用于表征陷阱操作。在离子电极距离为230 $μ$ m时，观察到陷阱的加热速率低至$\dot{\bar{n}}=$ 0.33声子/s。这些结果为微制造离子阱阵列开辟了许多新的途径。
2015-05-01 physics.atom-ph quant-ph
A cryogenic surface-electrode elliptical ion trap for quantum simulation
囚禁离子的二维晶体是一个很有前途的系统，它可以用来实现诸如自旋阻挫等具有挑战性的问题的量子模拟。在这里，我们提出了一种设计的表面电极椭圆形离子阱，产生一个2-D的离子晶体，并服从微加工，这将使更高的模拟耦合率，以及相互作用的基础上产生的磁力的芯片上的电流。工作在11 K低温环境中，我们实验验证到5%以内的数值模型的离子晶体的结构中的陷阱。我们还探索了使用磁力实施量子模拟的可能性，并使用1A的电流，对于10微米的离子晶体高度，计算出J耦合率为10^3 / s量级。
2010-08-31 physics.atom-ph quant-ph
Half-open Penning trap with efficient light collection for precision laser spectroscopy of highly charged ions
我们已经构思，建造和操作的“半开放”的圆柱形潘宁陷阱的约束和高电荷离子的激光光谱。这种陷阱允许荧光检测采用立体角，这是约一个数量级大于传统的圆柱形潘宁陷阱。在同一时间，所需的静电和静磁性能的封闭端盖的圆柱形潘宁陷阱保存在此重新封装。我们给出了一个详细的帐户上的设计和限制属性，一个表征的陷阱，并显示第一个结果的光收集与陷阱产生的高度带电的离子。
2014-02-27 physics.atom-ph
Bright Source of Cold Ions for Surface-Electrode Traps
我们在表面电极的Paul阱中通过激光冷却原子的光电离产生大量低能离子。$4\times10^{5}$ Yb $^{+}$离子/s的同位素选择性陷阱加载速率超过通过原子束的光电离（电子碰撞电离）获得的速率四（六）个数量级。浅至0.13 eV的陷阱很容易用这种技术加载。离子被限制在与激光冷却原子相同的空间区域内，这将允许实验研究冷离子与冷原子或玻色-爱因斯坦凝聚体之间的相互作用。
2007-02-03 physics.atom-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
Cold, dense atomic ion clouds produced by cryogenic buffer gas cooling
我们通过激光烧蚀金属靶和低温缓冲气体冷却所产生的等离子体来产生冷而致密的原子离子云（Ca $^+$，Dy $^+$）。我们使用激光吸收光谱测量离子云的温度和密度。我们发现在低至6K的温度下可以获得大的离子密度。我们的方法开辟了新的途径来研究冷中性等离子体，并进行调查光谱的离子，不能轻易地激光冷却。
2019-06-08 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Instability Heating of Sympathetically-Cooled Ions in a Linear Paul Trap
利用计算和理论方法研究了储存在线性几何结构、射频电四极阱中离子的交感激光冷却。该模拟允许5个样品离子与35个激光冷却的原子离子相互作用，揭示了一种不稳定的加热机制，该机制可以防止低于一定临界质量的离子被同情冷却。然而，该临界质量可以通过改变捕获场参数来改变，从而允许具有非常大的质量范围的离子使用单个离子种类被同情地冷却。这种不稳定性的加热机制的理论解释，提出预测的冷却-加热边界的捕获参数空间是一条线的恒定$q_u$（离子阱稳定性系数），一个结果支持的计算结果。$q_u$的阈值取决于相互作用离子的质量。给出了这种依赖关系的函数形式。
2002-08-19 physics.atom-ph
A System for Trapping Barium Ions in a Microfabricated Surface Trap
我们研制了一种用于微加工表面离子阱快速测试的真空室和控制系统。我们的系统采用模块化设计，基于带集成滤波器的真空印刷电路板。我们已经使用这个系统成功地捕获和冷却钡离子，并已实现离子的“暗”寿命为31.6秒+- 3.4秒的离子控制穿梭。我们提供了一个离子阱系统的详细描述，包括在真空中使用的材料，控制电子和中性原子源。我们讨论的挑战，实现一个系统，可以可靠地工作超过两年的操作中，在测试中的陷阱被改变了至少10次。
2013-12-31 physics.atom-ph
Compatibility of trapped ions and dielectrics at cryogenic temperatures
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado（科罗拉多大学）
研究了在极低温下未屏蔽电介质对离子陷阱的影响，发现电介质可引起离子加热，但可通过电压补偿，证明了集成电介质在离子陷阱中的可行性。
2026-03-09 physics.atom-ph quant-ph
Evidence of sympathetic cooling of Na+ ions by a Na MOT in a hybrid trap
离子-中性粒子混合阱是研究离子与中性粒子碰撞动力学的理想系统。该系统提供了一种通用的冷却方法，可以应用于光学不可接近的物种，也可以潜在地冷却内部自由度。离子和中性粒子之间的长程极化势（$V\propto-α/r^4$）导致低温下大的散射截面，使得混合阱成为通过与中性原子碰撞实现离子有效共振冷却的有利系统。我们目前的实验证据的交感冷却的混合陷阱的\ce{Na+}离子，这是封闭的壳层，因此没有激光诱导的原子跃迁，由等质量的冷钠原子的磁光阱（MOT）。
2013-01-08 physics.atom-ph
Fast shuttling of ions in a scalable Penning trap array
我们报告的设计和测试的阵列潘宁离子阱由印刷电路板。该系统能够使离子从一个捕获区快速穿梭到另一个捕获区，这可以用于量子信息处理。我们描述了进行模拟，以确定最佳的电位施加到陷阱电极，使这种运动。激光冷却钙离子云的初步实验结果表明，往返穿梭效率高达75%。
2009-01-18 physics.atom-ph
Cryogenic Penning-Trap Apparatus for Precision Experiments with Sympathetically Cooled (anti)protons
目前用单个（反）质子来测试CPT对称性的精密实验进展很快，但由于需要将粒子冷却到亚热能而变得复杂。我们描述了一个低温潘宁陷阱设置为$^9$是$^+$离子的设计，允许耦合的单（反）质子的激光冷却的原子离子的交感冷却和量子逻辑光谱。我们报告捕获和激光冷却的云和单个$^9$的$^+$离子。我们讨论了一个微型陷阱的前景，允许耦合的单（反）质子的激光冷却$^9$是$^+$离子的同情激光冷却，以亚毫K温度毫秒的时间尺度。
2021-07-18 physics.atom-ph quant-ph
Versatile surface ion trap for effective cooling and large-scale trapping of ions
表面离子阱中离子的尺度放大和有效冷却是量子计算和囚禁离子量子模拟的核心挑战。在这项理论研究中，我们提出了一个通用的表面离子阱。在我们的陷阱的操作区，一个对称的七线几何形状，使两个平行的线性离子链，这有利于沿所有的原则陷阱轴的离子冷却固有的主轴旋转。为了减轻离子加载过程中对操作区的污染，设计了对称的五线几何结构作为加载区。一个“叉形接头”连接着装载区和操作区，这也使得离子能够穿梭和重新排序。一个多目标的优化程序，适合于任意结设计的详细说明，我们提出了相应的优化结果，我们的陷阱的关键组成部分。所提出的多功能阱可用于构建大规模离子量子处理器。该阱还可用作多离子混合器或有效的离子分束器，在量子模拟和量子计算、二维离子晶体的研究以及量子显微镜的波导等方面有潜在的应用前景，如用于量子物质波光学实验的电子分束器。有趣的话题涉及两个离子链之间的自旋-自旋相互作用也可以在我们的陷阱模拟。
2019-09-02 physics.atom-ph
Capture and isolation of highly-charged ions in a unitary Penning trap
我们最近使用了一个紧凑的潘宁阱捕获和分离从电子束离子阱（EBIT）在美国国家标准与技术研究所（NIST）提取的高电荷离子。隔离的电荷状态的高度剥离的氩和氖离子与总电荷$Q \geq 10$，在高达$4\times 10^3\,Q$ eV的能量提取，被捕获在阱深度为$\,\approx (4\, {\rm to}\, 12)\,Q$ eV的陷阱。在这里，我们详细讨论的过程中，以优化速度调谐，捕获和存储的高电荷离子在一个单一的潘宁陷阱，旨在提供方便的径向访问原子或激光束的电荷交换或光谱实验，如那些感兴趣的建议研究的单电子离子在里德堡态或光学跃迁的亚稳态在多电荷离子。在接近最佳的条件下，在这种稀土潘宁阱中捕获和分离的离子的特征在于初始能量分布比通常在EBIT中发现的窄$\approx$ 60倍。这种热能的减少是被动地获得的，而在离子捕获阱中没有应用任何主动冷却方案。
2013-12-02 physics.atom-ph
Electron beam driven alkali metal atom source for loading a magneto-optical trap in a cryogenic environment
我们提出了一个多功能和紧凑的电子束驱动的碱金属原子源，它可以在低温恒温器中实现。在小于10mW的热负载下，归一化到加载到磁光阱（MOT）中的原子的热耗散比典型的碱金属分配器小约1000倍。在实验中观察到的MOT负载率与电子电流的线性标度，表明电子刺激脱附是释放原子的相应机制。
2011-02-16 physics.atom-ph quant-ph
Perspectives on testing fundamental physics with highly charged ions in Penning traps
在潘宁陷阱中，电磁力被用来在良好控制的条件下将带电粒子限制在几乎无限的时间内。已经开发出灵敏的检测方法以允许观察单个存储离子。可以采用各种冷却方法来将捕获粒子的能量降低到接近静止。在这篇综述中，我们总结了如何高度带电的离子提供了独特的可能性，精密测量潘宁陷阱。精确的原子和核质量以及束缚电子的磁矩允许确定基本常数，如电子的质量，或者对基本相互作用进行严格的测试，如束缚态量子电动力学。高精度潘宁阱光谱与高电荷离子的最新结果和未来的前景将进行讨论。
2022-03-15 physics.atom-ph
Micromotion-Synchronized Pulsed Doppler Cooling of Trapped Ions
我们提出并证明了一种新的方法，多普勒冷却捕获的离子晶体的微动幅度的分布可能是大的和不均匀的。该技术使用与陷阱RF同步的多普勒冷却光脉冲，当离子的速度接近节点时，该脉冲选择性地靶向离子，从而通过单一色调的冷却光在晶体上实现更均匀的冷却。我们提出了一个理论框架，描述了这种技术是实用的，并提供了一个简单的实验演示。
2023-02-09 physics.atom-ph
Detection Techniques for Trapped Ions
各种技术被用来检测存储在电磁阱中的带电粒子的存在，它们的能量，质量或它们的内部状态。探测方法可以依赖于捕获粒子数量的变化（破坏性方法）或使用离子与电磁辐射的相互作用作为探测捕获粒子的非破坏性工具。本文介绍了各种方法，讨论了基本的操作模式，并通过描述最近的实现完成。
2013-11-28 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
Trapping Single Ions and Coulomb Crystals with Light Fields
这本书的范围是提供洞察到最近出现的领域的光捕获的离子。自1970年Ashkin开创性地引入光场作为对物质施加捕获力的工具以来，光学偶极陷阱已经在量子系综以及单个粒子的水平上实现了对中性原子和分子的前所未有的控制。最近发现，在某些情况下，它是非常有利的限制原子和分子离子，而不采用任何射频为基础的保罗陷阱或强外部磁场中使用的潘宁陷阱，例如，当研究中性原子和离子的相互作用在超低相互作用能的制度。适应离子的光阱是一个很有前途的方法来处理这种情况下，这项工作的重点是提出一个全面的概述这种技术背后的背景和概念，以及讨论目前可实现的控制水平，遇到的限制和未来的应用前景。
2019-10-01 physics.atom-ph
State-selected preparation of molecular ions for precision measurements in radio-frequency traps
Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）
本文提出了一种用于射频陷阱中高精度测量的分子离子态选择制备方法，通过MATI技术实现分子离子的态选择性制备，并探讨了其在离子陷阱中的应用。
2026-02-17 physics.atom-ph
On Measuring the Electron Electric Dipole Moment in Trapped Molecular Ions
捕获的双原子分子离子可以被证明是一个敏感的探针的永久电子电偶极矩（eEDM）。我们建议使用地面或亚稳态$^3Δ_1$水平，由于其高极化率和大的EDM增强因子。离子允许简单的捕获和长的询问时间，但是需要时变的电偏置场以便探测eEDM。我们讨论了实验设计以及在快速时变电场中进行精密光谱测量的挑战。
2011-07-18 physics.atom-ph
Dipolar quantum logic for freely-rotating trapped molecular ions
我们认为实际的可行性，使用直接的，电偶极-偶极相互作用的共同捕获的分子离子的强大的量子逻辑，而不需要静态极化场。与静态电偶极子相反，振荡偶极矩的使用动态地将偶极子从实验室场（包括阱本身的电场）中分离。此外，这种实现方式不需要运动的量子控制，潜在地消除了离子阱量子计算可扩展性的主要障碍。由于极化场是电磁辐射，即使是在太赫兹范围内分裂的状态对也可以完全极化。
2018-06-25 physics.atom-ph
Determining temperature and Rabi frequency regarding trapped ions in Doppler cooling: An analytic investigation
激光多普勒冷却是离子俘获的必要条件，也是实现超冷离子的第一步。在多普勒冷却中，由于缺乏有效的实验手段，离子温度和激光离子耦合的实验监测一直是一个难点。在这里，我们分析探讨多普勒冷却过程中的捕获离子，例如$^{40}$钙$^{+}$，通过解决的摩擦系数在多普勒冷却相对于热浴，特别是，浴与大的加热速率。我们给出了由三能级电磁感应透明引起的冷却和加热的四个区域，并提出了一种通过多普勒冷却窗口测量拉比频率的实用方法。此外，激光冷却的离子的最终温度可以得到分析的情况下，一个弱的热浴，而对于强的热浴，这需要数值处理，由于多普勒频移和大的Lamb-Dicke参数的参与。我们的分析结果将有助于理解许多实验观察，如组态相变，声子激光和热囚禁离子的热力学。
2019-02-01 physics.atom-ph
Single Atoms with 6000-Second Trapping Lifetimes in Optical-Tweezer Arrays at Cryogenic Temperatures
本文报道了在$\sim 4$ K低温环境中，用可调谐光镊阵列捕获单个Rb原子的实验。我们描述的设计和建设的实验装置，根据定制的，特高压兼容，闭循环低温与光学访问。我们证明了单原子的光镊，在超过$\sim6000$ s的寿命在低温阵列的捕获，尽管真空系统还没有烤出来的事实。这些结果为具有扩展相干性的单原子大阵列开辟了道路，用于多体系统的大规模量子模拟，以及更普遍的量子科学和技术。
2021-09-08 cond-mat.quant-gas 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
A large magneto-optical trap of cadmium atoms loaded from a cryogenic buffer gas beam
利用229 nm深紫外跃迁和低温氦缓冲气体束，克服光电离损耗实现了大型镉原子磁光阱，为极性AlF分子的激光冷却奠定了基础。
2025-06-01 cond-mat.quant-gas 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
A high optical access cryogenic system for Rydberg atom arrays with a 3000-second trap lifetime
本文提出一种结合4 K低温泵浦、<50 K冷箱和室温高数值孔径物镜的里德伯原子阵列低温光镊系统，实现3000秒阱寿命、$10^{-4}$级损耗测量及基态和里德伯态相干操控，为量子计算与模拟提供低振动高光学可达平台。
2025-07-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Constraints on the Coupling between Axionlike Dark Matter and Photons Using an Antiproton Superconducting Tuned Detection Circuit in a Cryogenic Penning Trap
我们约束类轴子粒子（ALPs）和光子之间的耦合，测量与超导共振检测电路的低温潘宁陷阱。通过搜索我们的固定频率谐振电路的噪声谱的峰值所造成的暗物质ALP转换成光子在强磁场的潘宁陷阱磁铁，我们能够约束耦合的ALP与周围的质量$2.7906-2.7914\,\textrm{neV/c}^2$到$g_{aγ}< 1 \times 10^{-11}\,\textrm{GeV}^{-1}$。这比最好的实验室晕圈镜低一个数量级以上，比欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）低大约5倍，在质量和耦合范围内设定了不受天体物理观测限制的限制。我们的方法可以扩展到许多其他潘宁阱实验，并有可能提供广泛的限制在低ALP质量范围。
2021-01-27 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
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
Catching, trapping and in-situ-identification of thorium ions inside Coulomb crystals of $^{40}$Ca$^+$ ions
钍离子表现出独特的核特性，与测试自然界的对称性高度相关，保罗陷阱是进行高精度量子逻辑光谱学的理想实验平台。稳定或长寿命同位素的装载是公认的，并且依赖于来自原子束的电离。一种不同的方法可以捕获作为α衰变子体的短寿命同位素，这些子体从前体核素的薄样品中反冲。一个突出的例子是短寿命的$^{229\text{m}}$ Th，其在长寿命的$^{233}$ U的衰变中占据。在此，离子由外部源提供并且被减速以可用于捕获。这样的设置提供了捕获钍的各种同位素和电荷状态的选择。调查这一复杂的过程中，我们证明了观察到的单一$^{232}$ Th $^+$离子捕获，嵌入并通过库仑相互作用共捕获$^{40}$钙$^+$离子的同情冷却。此外，我们讨论了不同的选择，用于非破坏性识别的同情冷却的钍离子在陷阱中，并详细描述了我们选择的实验方法，确定质量和电荷的钍离子的钙离子的位置，因为它们的荧光成像在CCD相机上。当从Paul阱中提取不同质荷比的离子并将其引导到检测器中时，通过飞行时间信号来验证这些发现。
2019-04-23 physics.atom-ph quant-ph
A cryogenic Paul trap for probing the nuclear isomeric excited state $^{229\text{m}}$Th$^{3+}$
LMU München（慕尼黑大学）；Qatar Center for Quantum Computing, College of Science and Engineering, Hamad Bin Khalifa University（哈马德·本·哈利法大学科学与工程学院量子计算中心）；MPIK Heidelberg（海德堡马克斯·普朗克核物理研究所）；Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森尤斯图斯-李比希大学）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（达姆施塔特重离子研究中心）；Tsinghua University（清华大学）；Johannes Gutenberg-Universität（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Helmholtz Institute Mainz（美因茨亥姆霍兹研究所）
针对囚禁$^{229}$Th$^{3+}$离子核同核异能跃迁激光激发未实现的问题，慕尼黑大学搭建低温保罗阱装置，验证了钍、锶离子的囚禁及钍离子的协同冷却，为相关核探测实验提供平台。
2025-08-02 physics.atom-ph physics.ins-det
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
Trapped Rydberg ions: a new platform for quantum information processing
在这一章中，我们提出了一个概述的实验与捕获里德堡离子和概述的优势和挑战，开发应用程序的量子计算，传感和模拟的新平台。被捕获的里德伯离子具有几个重要的特性，在它们的组合中是独一无二的：它们被紧紧地束缚在保罗陷阱的谐波势中，在这种情况下，它们的内部和外部自由度可以以精确的方式控制。离子的内部态和运动态的高保真态制备已经被证明，并且内部态已经被用来存储和操纵量子比特信息。此外，强偶极相互作用可以在里德伯态的离子之间实现，并被探索用于研究相关的多体系统。通过激光耦合到里德伯态，离子的极化率可以被增强和调谐。这可以用于控制与保罗阱中的捕获场的相互作用以及离子之间的偶极相互作用。因此，被捕获的里德伯离子提供了一个有吸引力的替代快速纠缠操作相比，介导的正常模式的被捕获的离子，这是有利的未来的量子计算机或量子模拟器。
2020-07-26 physics.atom-ph quant-ph
Theoretical and Numerical studies of the positions of cold trapped ions
我们研究了线性晶体结构中的Paul阱所限制的冷离子的性质，由于其在实际量子计算中的应用，该系统具有相当大的电流兴趣。采用理论和数值计算相结合的方法，导出了离子位置的半经验公式。
1997-11-24 physics.atom-ph physics.optics
Sympathetic cooling of $^4$He$^+$ ions in a radiofrequency trap
我们在线性射频阱中，通过激光冷却$^9$ Be $^+$的感应冷却，制备了超冷$^4$ He $^+$离子的库仑晶体。获得了在$\sim$ 20 mK下含有多达150个局部He $^+$离子的稳定晶体。系综或单个超冷He $^+$离子为进行QED的精确测试和核半径的测量开辟了有趣的前景。本工作还表明了用$^9$ Be $^+$作为冷却剂冷却和结晶高电荷原子离子的可行性。
2004-12-09 physics.atom-ph physics.plasm-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
An Optical Clock Based on Coherent Population Trapping of Alkaline-earth Ions
分析了一种基于碱土金属离子Ca $^+$、Sr $^+$、Ba $^+$相干布居俘获效应的超稳定光钟。所提出的跃迁使用奇数同位素，因此频移对所施加的磁场不敏感。为了增强信号，大量离子被捕获在线性Paul阱中，并且激光冷却以结晶，使得离子处于Lamb-Dicke状态以避免一阶多普勒频移。其他相关的频率偏移也进行了分析。进一步的技术，以提高时钟信号的稳定性进行了讨论。
2009-04-02 physics.atom-ph physics.optics
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
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
Laser cooling of externally produced Mg ions in a Penning trap for sympathetic cooling of highly charged ions
我们用激光冷却了潘宁阱中的镁离子。外部产生的离子在飞行中被捕获，储存和激光冷却。垂直于冷却激光轴观察到激光诱导荧光。光学检测下降到单离子水平连同电子检测的离子振荡内的潘宁阱已被用来获取信息的离子存储时间，离子数和离子温度。已观察到离子晶体形成的证据。这些调查是一个重要的先决条件，同时存储的高电荷离子和精确的禁戒跃迁的激光光谱的共振冷却。
2013-04-02 physics.atom-ph physics.ins-det
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
RF-induced heating dynamics of non-crystallized trapped ions
我们调查的非结晶（熔化）离子的能量动力学，限制在一个保罗陷阱。熔化离子所经历的非周期性库仑相互作用形成用于从射频（rf）场到离子的非保守能量转移的介质，该过程被称为rf加热。我们研究射频加热通过分析数值模拟的非结晶离子运动中的保罗陷阱电位，其中的离子的长期运动的能量在离散的间隔变化，对应于离子-离子碰撞。这些碰撞的分析是用来作为一个基础，以获得一个简化的模型，射频加热能量动力学，从中我们得出结论，射频加热速率主要取决于射频场强度。我们证实了该模型的可预测性实验：两个捕获的$^{40}$钙$^{+}$离子被确定性地驱动熔化，和他们的荧光速率被用来推断离子的能量。从模拟和实验结果中，我们概括了有效的熔融囚禁离子的再结晶所需的实验参数。
2021-04-21 physics.atom-ph quant-ph
Single ions trapped in a one-dimensional optical lattice
本文报道了单离子在由两束反向传播的激光束形成的光晶格中的三维光阱。我们的特点的捕获参数的驻波使用的离子作为传感器存储在一个混合陷阱组成的射频（rf），直流，和光学势。当加载离子直接从射频到驻波阱，我们观察到一个占主导地位的加热速率。蒙特卡罗模拟证实了深光晶格内的射频诱导参量激发是主要的源。我们展示了一种替代的传输协议，其中涉及一个中间步骤的光限制在一个单光束陷阱，避免了时间上的重叠的驻波和射频场的影响。混合（射频/光学）和纯光学陷阱的影响出现作为平台的超冷化学实验探索原子-离子碰撞或量子模拟实验与离子，或离子和原子的组合。
2012-08-16 physics.atom-ph quant-ph
Trapping and sympathetic cooling of single thorium ions for spectroscopy
精确的光学光谱学的外来离子揭示了准确的信息，如核性质的电荷半径和磁性和四极矩。钍离子表现出独特的核性质，与测试自然界的对称性高度相关。我们报告的负载和捕获的单个$^{232}$ Th $^+$离子在线性保罗陷阱，嵌入和同情冷却的小晶体的捕获$^{40}$钙$^+$离子。被捕获的Th离子以非破坏性的方式从晶体发射的激光诱导Ca荧光图案中的空隙中识别，或者，当从Paul阱提取离子并将它们引导到外部检测器中时，通过飞行时间信号识别。我们已经装载和处理了总共231个单独的Th离子。我们达到了$\gtrsim 95\, \%$的飞行时间检测效率，与检测器的量子效率一致。共振冷却技术有望应用于其他同位素和Th的各种电荷态，为进一步研究$^{229m}$ Th.
2018-07-16 physics.atom-ph quant-ph
A cryogenic neutral-atom platform with full optical access and 2-hour trap lifetime
Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学物理学院）；Munich Center for Quantum Science and Technology（慕尼黑量子科学与技术中心）
研究中性原子量子处理器因光学可达性与原子存储时间权衡限制量子比特数的问题，提出新型低温增强中性原子装置，实现单原子两小时囚禁寿命，为扩展到数万个原子阵列提供可行途径。
2026-07-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
