Phase space tomography of cold-atoms dynamics in a weakly corrugated potential
我们演示了层析重建的相空间分布的原子振荡的谐波陷阱与弱势阱所造成的纳米级缺陷的原子芯片。我们发现，在这些分布中的变形是高度敏感的非谐分量的潜力。它们被解释在角速度色散的等能相空间轨迹。我们表明，该方法是适用于探测冷原子的经典和量子动力学，我们注意到它的重要性，为未来的技术应用。
2014-09-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
A Quantum Gas Microscope for Fermionic Atoms
强相互作用的费米子定义了所有密度下复杂物质的性质，从原子核到现代固态材料和中子星。超冷原子费米气体已经成为研究多费米子系统的原始平台。在这里，我们实现了一个量子气体显微镜的费米子$^{40}$ K原子被困在一个光晶格，它允许一个探针强关联费米子在单原子水平。我们将三维拉曼边带冷却与高分辨率光学器件相结合，以$95\%$以上的检测保真度同时冷却和成像单个原子。成像过程使每个原子主要处于其晶格位置的3D基态，邀请麦克斯韦恶魔的实现来组装低熵多体状态。费米子的单点分辨成像能够直接观测磁序，时间分辨测量粒子相关性的传播，以及检测多费米子纠缠。
2015-03-10 cond-mat.quant-gas
A quantum gas microscope - detecting single atoms in a Hubbard regime optical lattice
近年来，在创造复杂的原子多体量子系统方面取得了巨大进展。一种方法是使用宏观的、有效的热力学的超冷原子系综来产生量子气体和物质的强关联态，并分析系综的整体性质。相反的方法是一个原子一个原子地建立微观量子系统--完全控制所有的自由度。到目前为止，宏观和微观战略一直是相当脱节的。在这里，我们提出了一个“量子气体显微镜”，桥梁的两种方法，实现了一个系统，其中一个宏观系综的原子被单独检测和一套完整的自由度，他们每个人都是通过准备和测量确定。通过实现高分辨率的光学成像系统，单个原子被检测到哈伯德制度光晶格的各个网站上的接近统一的保真度。晶格本身是通过将全息掩模投影通过成像系统而产生的。它有一个任意的几何形状，选择支持强隧道耦合之间的晶格网站和强大的现场限制。一方面，这种新的方法可以用来直接检测强相关的物质状态。另一方面，量子气体显微镜为超冷原子的大规模量子信息系统的寻址和读出打开了大门。
2009-08-03 cond-mat.quant-gas
Lattice assisted spectroscopy: a generalized scanning tunnelling microscope for ultra-cold atoms
我们表明，有可能解决和图像单站点的光晶格，现在的实验现实，允许测量的频率分辨的本地粒子和空穴光谱的各种各样的一维和二维系统的晶格限制强相关的超冷原子。结合微扰理论和含时DMRG，我们验证了这种方案的晶格辅助光谱（LAS）的几个例子系统，如一维超流体和莫特绝缘体，有和没有抛物陷阱，最后玻色子Su-Schrieffer-Heeger模型的边缘状态。我们还强调我们的基本方案的扩展，以获得更广泛的各种有趣的和重要的频率分辨光谱。
2015-05-06 cond-mat.quant-gas
A comparative study of deconvolution techniques for quantum-gas microscope images
针对量子气体显微镜图像因晶格位点间距接近衍射极限需高保真确定晶格占据的问题，对比三种去卷积算法在不同条件下的重建保真度，明确单原子探测极限并提供通用量化保真度。
2023-05-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.data-an
A strontium quantum-gas microscope
该研究展示了锶量子气体显微镜，实现对$^{84}$Sr玻色量子气体的单原子分辨成像与超流干涉观测，为耗散Hubbard模型和SU(N)费米子研究提供新平台。
2023-12-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph 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
Tomography of a number-resolving detector by reconstruction of an atomic many-body quantum state
对不可分辨原子的多体量子态进行高保真度分析需要对原子进行精确计数。在这里，我们报告的层析重建的原子数分辨探测器。的断层扫描进行与超冷铷系综，准备在一个相干的自旋状态，通过驱动两个超精细时钟水平之间的拉比耦合。耦合之后是计算一个级别中的占用数。我们描述了我们的探测器的保真度，并表明一个负值的Wigner函数与它相关联。我们的结果提供了一个令人兴奋的前景，高保真纠缠态的重建，并可以应用于未来的海森堡有限原子干涉术的演示。
2022-07-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Site-resolved imaging of ultracold fermions in a triangular-lattice quantum gas microscope
量子气体显微镜通过研究正方形晶格中的空间自旋和密度相关性，扩展了哈伯德模型的量子模拟的能力。然而，量子气体显微镜还没有实现费米子原子的挫折几何。在这里，我们展示了超冷费米子$^{6}$锂原子在三角形光晶格与晶格常数为1003 nm的单原子分辨成像。光晶格由再循环窄线宽、高功率激光器与光片组合形成，以允许在$D_1$线上进行拉曼边带冷却。我们使用高分辨率物镜光学解析单个晶格位置上的单个原子，以收集散射光子，同时将其冷却到每个晶格位置中的二维地面振动能级附近。通过重建晶格占据，我们测量到~ 98%的成像保真度。我们新的三角晶格费米子显微镜平台为研究几何受挫的Hubbard系统的自旋-自旋相关性，纠缠和动力学扫清了道路，这些系统有望表现出奇异的涌现现象，包括自旋液体和动力学挫折。
2021-02-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
A scanning gate microscope for cold atomic gases
我们提出了一种空间分辨冷原子气体中的输运的扫描探针显微镜技术，与半导体物理中的扫描门显微镜非常相似。量子点接触连接到两个原子水库的电导测量的存在下，紧聚焦的激光束作为一个本地的扰动，可以精确地定位在空间中。通过扫描它的位置并记录电导的后续变化，我们获得了通过量子点接触的高分辨率输运图。我们证明了一个空间分辨率相当于内的原子的横波功能的通道的程度，和低于10 nm的位置灵敏度。我们的测量结果与分析模型和从头算数值模拟一致，使我们能够确定一个制度的运输隧道占主导地位的热效应。我们的技术为冷原子气体的高分辨率观测和操纵开辟了新的前景。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Site-resolved imaging of single atoms with a Faraday quantum gas microscope
我们成功地证明了量子气体显微镜使用法拉第效应，具有固有的非破坏性的性质。对于单个原子，观测到的法拉第旋转角达到3.0（2）度。我们揭示了这种法拉第成像方法的非破坏性功能的法拉第信号强度与光子散射率的失谐依赖性进行比较。我们用去卷积分析确定了原子分布。我们还演示了吸收和暗场法拉第成像，并揭示了不同的形状的点扩散函数，这是充分的理论分析解释。我们的研究结果是迈向最终量子非爆破现场分辨成像的重要的第一步，并进一步开辟了量子多体系统的量子反馈控制与单站点分辨率的可能性。
2016-07-24 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
A cavity array microscope for parallel single-atom interfacing
Stanford University（斯坦福大学）；Stony Brook University（纽约州立大学石溪分校）；The University of Chicago（芝加哥大学）；Harvard University（哈佛大学）；Montana State University（蒙大拿州立大学）
该研究提出了一种腔体阵列显微镜，实现单原子与自身腔体的强耦合，支持并行读取和大规模量子网络构建。
2026-02-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
A cavity-microscope for micrometer-scale control of atom-photon interactions
提出并演示一种腔显微镜装置，通过局域Floquet工程实现微米尺度空间分辨率的原子-光子耦合控制，达到比腔模腰斑低一个数量级的分辨率，为量子模拟和读出开辟新途径。
2024-05-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
An ytterbium quantum gas microscope with narrow-line laser cooling
我们证明了在一个哈伯德制度的二维光晶格与短晶格常数为266 nm的个别玻色子$^{174}\mathrm{Yb}$原子的站点分辨成像。为了抑制用于高分辨率成像的具有波长$λ$ = 399 nm的$^1S_0$ - $^1P_1$跃迁的探测光的加热，并且在荧光成像期间将原子保持在相同的晶格位置，我们通过另外应用具有波长$λ$ = 556 nm的$^1S_0$ - $^3P_1$跃迁的窄线光学糖蜜来同时冷却原子。我们获得了$T = 7.4(1.3)\ μ\mathrm{K}$的低温，对应于成像过程中沿水平轴的平均振荡量子数为0.22（4）。我们在400 ms的曝光时间内平均从单个原子检测到200个荧光光子，并估计检测保真度为87（2）%。实现了对哈勃体系光晶格中Yb原子具有足够保真度的量子气体显微镜，为研究各种量子多体系统（如玻色和费米气体及其混合物）以及长程相互作用系统（如里德伯态）开辟了可能性。
2015-09-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Design and assembly of a cavity microscope with high numerical aperture for quantum simulations
本文设计并组装了一台用于超冷原子量子模拟的腔显微镜，通过集成高精细度光学腔与高数值孔径透镜，实现了强耦合区下的多方向光学通道，兼容多种量子模拟应用。
2025-10-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.ins-det
A ship-in-a-bottle quantum gas microscope setup for magnetic mixtures
本文提出一种用于铒和镝磁性混合物的“瓶中船”量子气体显微镜装置，通过真空内高数值孔径物镜和铁磁屏蔽实现低噪声单原子观测，以检验偶极量子多体理论。
2023-11-03 cond-mat.quant-gas
Deep Learning-Assisted Classification of Site-Resolved Quantum Gas Microscope Images
我们提出了一种分析量子气体显微镜图像的新方法，该方法使用深度学习来提高将晶格位置分类为占用或未占用的保真度。我们的方法特别适合于解决没有连续冷却的成像的情况，其中现有的基于阈值的重建方法的准确性受到原子运动和低光子计数的限制。我们设计了两种神经网络架构，它们都能够提高基于阈值的方法的保真度，在模拟图像的大数据集上进行训练。我们评估这些方法上的模拟的自由空间铒量子气体显微镜，和非冷却镱显微镜中的原子被钉扎在深晶格在成像过程中。在某些条件下，我们看到减少高达两个因素的重建错误率，代表了一个重要的一步，我们的努力，实现高保真非冷却现场分辨成像。
2019-11-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Scanning Quantum Cryogenic Atom Microscope
局部磁场的显微成像提供了一个了解复杂的和技术相关的凝聚态材料的组织原理的窗口。然而，各种各样的有趣的强相关和拓扑非平凡的材料表现出知之甚少的现象以外的检测能力的国家的最先进的高灵敏度，高分辨率的扫描探针磁强计。我们介绍了一种量子噪声限制扫描探针磁强计，可以从室温到低温工作，具有前所未有的直流场灵敏度和微米级分辨率。扫描量子低温原子显微镜（SQCRAMscope）采用磁悬浮原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），从而提供对传导和黑体辐射加热的免疫力。它的场灵敏度为1.4 nT/分辨率限制点（$\sim$ 2 $μ$ m），或占空比为6 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$/点。与逐点传感器相比，BEC的长长度提供了自然的平行测量，允许在与逐点扫描仪顺序测量这些点相同的时间内，以600 pT $/\sqrt{\text{Hz}}$的有效场灵敏度测量近100个点。此外，它具有300 pT的本底噪声，并提供了近两个数量级的磁通量灵敏度的改善（下降到$10^{-6}$ $Φ_0/\sqrt{\text{Hz}}$）比以前的原子探针磁强计能够扫描附近的样品。这些能力，第一次，仔细基准成像磁场所产生的微加工线图案，在一个系统中，样品可以扫描，低温冷却，并很容易交换。SQCRAMscope将提供非常规超导体和拓扑非平凡材料在室温至4 K温度下的电荷输运图像。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Tomography of correlation functions for ultracold atoms via time-of-flight images
我们提出利用一系列膨胀云的飞行时间图像中的密度分布来重建囚禁超冷原子的单粒子关联函数。特别是，我们展示了如何使用这种技术可以用来检测非对角相关的原子在准一维的陷阱，其中真实和动量空间的相关性提取在定量水平。结合具体实例分析了该方法的可行性，并在实验中考虑了有限的时间和空间分辨率。
2009-06-01 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
