Quantum logic for state preparation, readout, and leakage detection with binary subspace measurements
本研究提出一种基于二元子空间测量的量子逻辑技术，可实现高保真态制备与测量、非破坏性泄漏检测，能高效区分超精细子能级，通过纠错提升SPAM保真度，降低大规模量子计算机的工程难度。
2024-10-31 physics.atom-ph quant-ph
Controlling the hyperfine state of rovibronic ground-state polar molecules
由于其丰富的内部结构，超冷分子为量子过程的控制提供了全新的可能性。近年来，人们在分子的旋振基态制备了近量子简并气体。对于未来的实验，控制它们的超精细状态也至关重要。在这里，我们报道了一个单一的超精细态，特别是在绝对最低的量子态的旋振基态分子量子气体的制备。所展示和提出的方案是一般的双碱极性分子，并允许在一个单一的超精细状态或在一个任意的相干叠加的超精细状态的分子的制备。该方案依赖于通过旋转激发态的电偶极双光子微波跃迁，并利用电核四极相互作用在不同的超精细态之间转移分子布居。
2009-08-27 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Simultaneous two initial clock states preparation for thulium optical clock
由于钍光钟对黑体辐射的灵敏度较低，且具有良好的精度和稳定性，因而是最有前途的便携式光钟之一。Tm时钟跃迁的主要系统效应之一，即二阶塞曼效应，可以通过探测时钟操作期间在不同的超精细基态和亚稳态之间的两个时钟跃迁来消除。我们同时制备两个基态超精细能级的$m_F=0$态原子，交替激发两个时钟跃迁。在这里，我们证明了有效的光泵浦到两个目标状态通过单频辐射在418.8 nm。基态超精细能级的$m_F=0$态的布居分别为初始原子数的36%和3.8%，而非零磁子能级的布居分别小于4%和0.4%。我们进行了数值模拟的光泵浦过程，这是能够合理地解释实验结果。
2020-08-05 physics.atom-ph
Nuclear spin quenching of the $^2S_{1/2}\rightarrow {^2}F_{7/2} $ electric octupole transition in $^{173}$Yb$^+$
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；National Institute of Metrology (Thailand)（泰国国家计量院）
研究报道了在$^{173}$Yb$^+$中通过相干激发高禁阻的$^2S_{1/2}\rightarrow {^2}F_{7/2}$钟跃迁，并揭示了超精细态依赖性和核自旋诱导的跃迁淬灭。
2026-04-09 physics.atom-ph
Hyperfine-induced electric dipole contributions to the electric octupole and magnetic quadrupole atomic clock transitions
超精细诱导的电偶极贡献可以显著增加原本非常弱的电八极和磁四极原子钟跃迁（例如，$s$和$f$电子轨道之间的跃迁）的概率。这些跃迁可用于异常精确的原子钟、量子信息处理和寻找暗物质。它们对标准模型之外的新物理非常敏感，例如精细结构常数的时间变化，洛伦兹不变性和爱因斯坦等效原理违反。我们制定的条件下，超精细诱导的电偶极子的贡献占主导地位。由于超精细猝灭，$^{173}$ Yb $^+$的电八极钟跃迁比目前使用的$^{171}$ Yb $^+$强两个数量级.在$^{143}$ Nd $^{13+}$、$^{149}$ Pm $^{14+}$、$^{147}$ Sm $^{14+}$和$^{147}$ Sm $^{15+}$离子中发现了一些增强。
2016-02-26 physics.atom-ph
Storage-ring measurement of the hyperfine-induced 2s 2p 3P0 -> 2s2 1S0 transition rate in beryllium-like sulfur
通过测量重离子储存环中32-S12+和33-S12+离子束的衰变，测量了类铍硫中2s 2 p3 P0-> 2s 21 S 0的超精细跃迁速率。在4%的实验不确定度内，0.096（4）/s的实验值与Cheng等人[Phys. Rev. A 77，052504（2008）]和Andersson等人[Phys. Rev. A 79，032501（2009）]的最新理论结果一致。在储存环偏转磁体中用不同磁场重复实验表明，这些磁场对2s 2 p 3 P0态的人为猝灭是可以忽略的。
2011-11-30 physics.atom-ph
Laser cooling and qubit measurements on a forbidden transition in neutral Cs atoms
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Infleqtion（因弗莱克申）
中性铯原子上禁戒跃迁的激光冷却与量子比特测量，通过3D冷却配置实现高保真度超精细能级分辨检测。
2026-01-28 physics.atom-ph quant-ph
Parallel low-loss measurement of multiple atomic qubits
我们证明了低损耗测量超精细基态的铷原子在偶极陷阱阵列的五个网站的状态相关的荧光检测。利用圆偏振探测光和严格控制的量子化轴，原子及其内部状态的存在被最小限度地改变。我们实现平均状态检测保真度的\(97\%\)没有纠正不完善的状态准备或背景损失，和\(98.7\%\)时，纠正。经过态检测和本底损失校正后，由于态测量导致的原子损失概率为\(<2\%\)，初始超精细态以\(>98\%\)概率保持不变.
2017-06-28 physics.atom-ph quant-ph
Interferometric measurement of interhyperfine scattering lengths in $^{87}$Rb
本文用干涉法测量了$^{87}$ Rb的单畴旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中$f=1$到$f=2$的超精细散射长度。超精细间的相互作用导致一个强大的和状态依赖的修改的自旋混合动力学相对于一个非相互作用的描述。我们采用超精细特定的法拉第旋转探测，以揭示在每个超精细流形的横向磁化的演变，为不同的状态准备，和comagnetometer的策略，以消除实验室的磁噪声。该方法允许精确测定超精细散射长度差，校准到超精细散射长度差内。我们报告$(a_{3}^{(12)}-a_{2}^{(12)})/(a_{2}^{(1)}-a_{0}^{(1)})=-1.27(15)$和$(a_{1}^{(12)}-a_{2}^{(12)})/(a_{2}^{(1)}-a_{0}^{(1)})=-1.31(13)$，受原子数不确定性的限制。随着原子数的控制，我们估计$ \approx 0.3\%$的精度应该是可能的。
2019-09-04 physics.atom-ph
Electromagnetically Induced Transparency and Optical Pumping in the Hyperfine Paschen-Back Regime
本研究在高磁场（1.1 T）下对铷蒸气进行 EIT 和光泵浦光谱实验，通过调节控制激光功率实现从 EIT 到 Autler-Townes 分裂的转变，并验证了核自旋禁戒跃迁上的态制备，展示了该系统在量子控制中的优势。
2023-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Pure superposition states of atoms generated by a bichromatic elliptically polarized filed
利用相干布居俘获效应，我们发现了双色场分量的特定偏振，这使得人们可以制备纯的原子叠加态。这些$m$ $-$ $m$态是在具有任意角动量$F_1$和$F_2$的基态超精细能级的塞曼子态系统中制备的。它建立了，在一般情况下$m\ne 0$，使用椭圆偏振波（$ε_1$ $\perp$ $ε_2$字段配置碱金属原子）是必要的纯态制备。我们分析表明，碱金属原子的D1线的一个独特的优势，它包括在可能性产生纯$-$状态，即使在没有光谱分辨率的激发态超精细水平，相反的D2线。
2005-03-03 physics.atom-ph quant-ph
Competing excitation quenching and charge exchange in ultracold Li-Ba$^+$ collisions
本研究针对超冷Li-Ba+碰撞体系，结合实验与高级电子结构计算的量子模型，揭示了多种非辐射过程的竞争机制及内角动量与机械转动的强耦合作用，为碱金属-碱土离子混合系统研究提供参考。
2024-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Coherence of Microwave and Optical Qubit Levels in Neutral Thulium
本文证明中性铥原子兼具超精细编码与类碱土丰富能级优势，实现创纪录的基态量子比特相干时间及亚稳态光学态操作，为铥基量子计算奠定基础。
2025-08-18 physics.atom-ph quant-ph
Preparation of one $^{87}$Rb and one $^{133}$Cs atom in a single optical tweezer
我们报告的准备，正是一个$^{87}$ Rb原子和一个$^{133}$ Cs原子在同一个光镊的必要的第一步，对建设的镊子阵列的个别捕获的$^{87}$ Rb $^{133}$ Cs分子。通过仔细选择的镊子波长，我们展示了如何工程师的物种选择性捕获的潜力，适用于高保真制备Rb $+$ Cs原子对。采用814 nm的波长捕获Rb，938 nm的波长捕获Cs，在标准红失谐糖蜜冷却条件下，得到了Rb的$0.508(6)$和Cs的$0.547(6)$的装载几率.在$28.4(6)\,\%$的实验运行中，依次加载陷阱恰好产生一个Rb和一个Cs原子。使用声光偏转器和压电控制镜的组合来控制镊子的相对位置，我们合并两个镊子，保留原子对的概率为$0.99^{(+0.01)}_{(-0.02)}$。我们利用这种能力来研究超精细状态相关的碰撞Rb和Cs的组合镊子和比较测量的两体损失率与耦合通道量子散射计算。
2021-04-12 physics.atom-ph
Adiabatic passage of $^{205}$TlF with microwaves in a cryogenic beam
该研究通过微波驱动绝热通过在低温射流中实现TlF分子超精细态的高效制备，为搜寻核时间反演对称性破坏提供关键技术支持。
2025-11-20 physics.atom-ph
Competing Interactions in Strongly Driven Multi-Level Systems
实验研究强驱动下原子多能级系统中竞争相互作用导致的能级混合、劈裂与排斥，揭示多能级效应显著影响并强调光偏振与初始态制备不完美的重要性。
2024-03-14 physics.atom-ph quant-ph
Mid-circuit measurements on a single species neutral alkali atom quantum processor
本文通过搁置数据量子比特并非破坏性测量辅助量子比特，在中性原子阵列中实现了中途测量，结合动态解耦与微波重泵浦技术保持了高保真度，为重复量子纠错奠定了基础。
2023-10-09 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity two-qubit quantum logic gates using trapped calcium-43 ions
我们研究了在$^{43}$ Ca $^+$超精细捕获离子量子比特中实现的双量子比特相位门的速度/保真度权衡。我们描述了有助于测量保真度的各种误差源，使我们能够解释由于单量子位状态准备、旋转和测量（每个都在$\sim0.1\%$级别）引起的误差，并识别两个量子位纠缠操作中的主要误差源。我们实现门的精度范围在$97.1(2)\%$（对于门时间$t_g=3.8μ$ s）和$99.9(1)\%$（对于$t_g=100μ$ s）之间，分别代表在每种情况下捕获离子量子位之间报告的最快和最低误差的两个量子位门。
2014-06-20 physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of multi-qubit entanglement and algorithms on a programmable neutral atom quantum computer
门模型量子计算机有望解决目前棘手的计算问题，如果它们可以在大规模操作，具有长的相干时间和高保真度的逻辑。中性原子超精细量子位由于其相同的特性、长相干时间和被捕获在密集多维阵列\cite{Saffman2010}中的能力而提供固有的可缩放性。结合里德伯态\cite{Jaksch2000,Gaetan2009,Urban2009}提供的强纠缠相互作用，量子计算的所有必要特征都是可用的。在这里，我们展示了几个量子算法的可编程门模型中性原子量子计算机的架构的基础上单独寻址的单个原子与紧密聚焦的光束扫描整个二维阵列的量子位。演示了高达6个量子比特的纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态\cite{Greenberger1989}的制备，化学问题\cite{Aspuru-Guzik2005}的量子相位估计，以及MaxCut图问题的量子近似优化算法（QAOA）\cite{Farhi2014}。这些结果突出了中性原子量子比特阵列用于通用可编程量子计算的紧急能力，以及用于量子增强传感的非经典状态的准备。
2022-02-11 physics.atom-ph quant-ph
Sub-Doppler cooling, state preparation, and optical trapping of a triel atom
本文报道了在原子铟中同时实现亚多普勒冷却至15微开尔文、自旋极化到单一精细结构子能级以及1064纳米光晶格囚禁（寿命3秒）三项关键进展，使铟成为下一代量子研究平台的候选元素。
2025-11-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Coupling ultracold atoms to a superconducting coplanar waveguide resonator
在集成原子芯片上实现了超冷$^87$ Rb基态原子与超导共面共振器的耦合。我们通过观察超精细跃迁频率的交流移动来测量腔中的微波场强度。测量的位移被用来重建在谐振腔中的场，在密切的协议与腔的传输测量，给出原子和谐振腔之间的耦合的证据。当驱动腔与原子共振时，我们观察到原子超精细态之间的拉比振荡，证明了通过腔场对原子态的相干控制。利用外加的射频观测双光子拉比振荡，可以在超导腔附近制备磁俘获相干叠加态，这是实现原子量子存储器所必需的。
2017-07-10 cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Mid-circuit cavity measurement in a neutral atom array
量子过程中的子系统读出或中间电路测量对于量子计算、模拟和计量中的误差校正至关重要。理想的中间电路测量应该比系统的退相干更快，高保真度，并且对未测量的量子比特是无损的。在这里，我们使用一个强耦合光学腔读出一个小镊子阵列内的单个镊子捕获的87Rb原子的状态。通过测量原子荧光或光通过腔的透射，我们可以在几十微秒内检测到镊子中原子的存在和状态，状态准备和测量不确定性约为0.5%，原子损失概率约为1%。利用双光镊系统，我们发现对腔内一个原子的测量不会对距离腔体几十微米的第二个原子产生可观察到的超精细态退相干。这种高保真度的中间电路读出方法是中性原子阵列中量子纠错的重要一步。
2022-10-07 physics.atom-ph quant-ph
Interaction modulation in a long-lived Bose-Einstein condensate by rf coupling
我们证明了调制的超精细自旋$F=1$在$^{87}$ Rb玻色-爱因斯坦凝聚体的Rabi耦合与射频（rf）场的磁子级之间的有效相互作用。使用的$F=1$歧管使我们能够观察到长期的演变系统由于非弹性碰撞损失的情况下。我们观察到，密度分布的演变反映了由于射频耦合原子之间的有效相互作用的变化。通过对射频场的猝灭，我们还实现了$m = \pm 1$的磁子能级从易磁化到不可磁化的转变。这里所展示的长寿命状态中射频诱导的相互作用调制将促进对失衡量子系统的研究。
2018-12-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Ultrafast high-fidelity state readout of single neutral atom
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究针对单中性原子态读出速度与保真度受限的问题，通过将单原子与高精细度光纤法布里-珀罗微腔在Purcell区耦合实现光发射速率增强，达成超快高保真态读出，并验证其可加速光泵浦态制备，为高速高保真量子网络协议实现奠定基础。
2024-12-17 physics.atom-ph quant-ph
Influence of external magnetic and laser radiation fields on Feshbach resonances in collision of atoms
本文研究了在外加磁场和激光辐射的联合作用下，两原子碰撞形成费什巴赫共振。在单光子和双光子共振的激光辐射与两个离散的振动分子水平的情况下，我们表明，费什巴赫共振出现在外部磁场与通过Autler-Townes效应形成的修饰态的相互作用。此外，在单光子共振情况下，低振动分子态通过Autler-Townes效应和LICS机制与弹性通道的连续谱耦合，形成激光诱导的费什巴赫共振.我们研究了形成费什巴赫共振的组合过程;这使得通过改变磁场和激光辐射的强度和频率来控制费什巴赫共振成为可能。我们得到的弹性和非弹性散射截面，并表明，共振淬灭发生在能量等于系统的基态。详细地研究了截面对磁场和激光强度的依赖关系。在所有考虑的情况下，散射长度得到取决于磁场和激光场进行了研究。在没有磁相互作用的情况下，如果封闭通道中准束缚态的超精细子态与开放通道中单个碰撞原子的超精细子态相同，则通过原子核运动与电子运动之间的弱相互作用可以产生费什巴赫共振，从而导致电子态之间的跃迁.所得结果可用于冷原子碰撞的新研究，例如，碱金属原子和BEC新实验的解释。
2012-09-21 physics.atom-ph quant-ph
Raman sideband cooling of a 138Ba+ ion using a Zeeman interval
运动基态冷却和内态制备是量子信息处理中量子逻辑谱的重要组成部分。由于QLS不需要通常与量子计算和量子模拟相关联的高门级性能，因此可以以一定保真度为代价来简化离子种类和量子协议的选择。在这里，我们报告边带冷却和运动状态检测协议$^{138}$钡$^+$的QLS没有一个非常窄带的激光或使用的物种与超精细结构的足够的保真度。我们利用$^{138}$ Ba $^+$的两个S $_{1/2}$塞曼子能级，通过拉曼边带将单个离子冷却到运动基态.由于小的塞曼分裂，$^{138}$ Ba $^+$的近共振拉曼边带冷却仅需要多普勒冷却激光器和两个附加的AOM。通过观察近共振拉曼光抽运荧光，我们估算了最终的平均运动量子数$\bar{n}\approx0.17$。我们还采用了第二个，远离共振激光驱动拉曼$π$ -脉冲之间的两个塞曼子级，以提供运动状态检测QLS和确认边带冷却效率，测量最终的$\bar{n} = 0.15(6)$。
2016-03-31 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Helios: A 98-qubit trapped-ion quantum computer
Helios是98量子比特囚禁离子量子处理器，采用QCCD架构与可旋转离子存储环实现全对全连接，并实现单、双比特门及态制备测量低错误率，验证了超越经典模拟的系统级性能。
2025-11-07 physics.atom-ph quant-ph
