Kerr enhanced optomechanical cooling in the unresolved sideband regime
Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
针对未分辨边带区边带冷却有效性下降的问题，研究提出利用非线性克尔腔增强冷却效率，为大尺寸低频机械系统的量子基态冷却提供新途径。
2024-10-20 quant-ph
Motional sidebands and direct measurement of the cooling rate in the resonance fluorescence of a single trapped ion
利用外差技术对单个囚禁离子的共振荧光进行了光谱分析。在荧光光谱中观察到由于离子在谐波势阱中振荡而产生的运动边带。从边带的宽度得到的冷却速率，发现是与理论预测。
2000-06-14 quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Micromechanical Oscillator
微纳光学机械系统提供光学和机械自由度的辐射压力耦合，并因其探索宏观物体的量子力学现象的能力而受到积极追求。这些研究中的许多都要求在量子基态或接近量子基态的条件下制备力学系统。光晶格中囚禁离子和原子的基态冷却已经取得了显著的进展。解决边带冷却的技术是这一进展的必要条件，它允许克服多普勒冷却的固有温度限制，并需要超过原子种类跃迁速率的谐波捕获频率。最近出现的通过辐射压力的机械振荡器的腔反作用冷却遵循与多普勒型冷却被证明的类似路径，但是固有地缺乏如最近预测的获得基态冷却的能力。在这里，我们证明了第一次解决边带冷却的机械振荡器。通过泵浦光学微腔的第一下边带，其衰减率比相关机械振荡器的本征频率小20倍以上，获得了1.5MHz以上的冷却速率。运动边带的直接光谱显示运动增加过程的40倍抑制，这可以使声子占据率远低于1（<0.03）。这里所报道的解决边带冷却的基本示范应该在光机冷却实验中得到广泛的应用。除了基态冷却之外，该机制允许实现具有超过标准量子极限的精度的运动测量。
2007-09-26 quant-ph
Resolved-sideband Raman cooling to the ground state of an optical lattice
我们将中性Cs原子囚禁在二维光晶格中，并通过分辨边带拉曼冷却将其冷却到运动零点附近。边带冷却通过与一对磁子能级相关联的振动流形之间的跃迁发生，并且所需的拉曼耦合由晶格势本身提供。我们得到平均振动激发\bar{n}_x \approx \bar{n}_y \approx 0.01，对应于人口\sim 98%的振动基态。处于光晶格基态的原子为探索量子态控制和亚反冲激光冷却提供了一个新的体系
1998-01-13 quant-ph
Enhancing sideband cooling by feedback--controlled light
我们实现了一个相位敏感的闭环控制方案，工程师的泵浦场的波动，驱动光机系统，并显示相应的冷却动力学可以显着改善。特别地，在正反馈和增加的场波动的反直觉的“抗挤压”机制中操作，相对于没有反馈的情况，光学腔内的纳米机械膜的边带冷却可以提高7.5dB。接近于减少的热噪声的量子状态，这种反馈控制的光将允许远低于量子反作用冷却极限。
2017-09-26 quant-ph
Enhanced dark-state sideband cooling in trapped atoms via photon-mediated dipole-dipole interactions
分辨边带冷却是将原子冷却到运动基态的关键步骤，这在基于原子的量子技术中是必不可少的。在这里，我们提出了一个增强的暗态边带冷却囚禁原子利用光子介导的偶极-偶极相互作用。通过将原子放置在魔粒间距离处，我们在目标原子中表现出优于冷却行为，这超过了单个原子所允许的极限。我们进一步研究了不同的原子配置在多原子设置与激光失谐和不同的光偏振角，其中多个魔间距可以识别和冷却性能的适度改善，预计随着原子数量的增加。我们的研究结果提供了深刻的见解与集体和光诱导的长程偶极-偶极相互作用的原子的亚反冲冷却，并铺平了道路，实现真正的量子操作在多个量子寄存器。
2022-10-12 quant-ph
Raman Sideband Cooling in presence of Multiple Decay Channels
我们研究了在多个衰减和激发通道存在下脉冲拉曼边带冷却的效率。通过应用求和规则，我们确定参数制度，其中光子的多次散射可以描述一个有效的波矢量。使用这种方法，我们确定的加热率所造成的光泵浦内部和外部的Lamb-Dicke制度。在此基础上，我们还讨论了最近提出的Lamb-Dicke区外基态冷却方案的效率[G. Morigi，J.I. Cirac，M. Lewenstein，and P. Zoller，Europhys. Lett. { \bf 39}，13（1997）]。
2000-11-07 quant-ph
Auxiliary-cavity-assisted ground-state cooling of optically levitated nanosphere in the unresolved-sideband regime
通过引入耦合高品质因子腔，对光悬浮纳米球在未分辨边带区的基态冷却进行了理论分析。由于耦合腔的存在而产生的量子干涉，施加在纳米球上的光力的谱密度发生变化，然后加热和冷却过程之间的对称性被打破。通过调节强耗散腔模的失谐量，可以提高纳米球的净冷却速率。结果表明，即使有效的光机耦合弱于纳米球的频率，也可以在未分辨边带区实现基态冷却，这可以通过纳米球和辅助腔模的有效相互作用使系统回到有效分辨区的图像来理解.此外，耦合腔的存在改善了系统的动力学稳定性。
2017-05-31 quant-ph
Double-EIT ground-state laser cooling without blue-sideband heating
本文讨论了一种基于双电磁感应透明（EIT）和利用三脚架结构四能级原子的囚禁原子或离子的激光冷却方案。附加的第四原子态通过强耦合激光场耦合到通常的单EIT冷却的三能级设置。这有效地允许在待冷却的系统的吸收光谱中创建两个EIT结构，这可以由耦合激光场参数控制以消除载波和蓝边带激发。在Lamb-Dicke膨胀的第一阶中，这抑制了所有的加热过程。因此，与单EIT冷却相比，双EIT方案可以用于将冷却极限降低几乎两个Lamb-Dicke参数的幂。
2004-06-28 quant-ph
Optomechanical sideband cooling of a micromechanical oscillator close to the quantum ground state
将介观力学振子冷却到其量子基态是制备和控制大尺度物体低熵量子态的基础。在这里，我们预冷70 MHz的微机械石英振荡器的占用低于200量子的热化它与600 mK的冷3 He气体。通过结构缺陷态的两能级系统诱导的阻尼被证明是强烈减少，同时作为一种新的测温方法，独立量化由于冷却激光器的过度加热。我们证明了动力学反作用边带冷却可以将平均占有率降低到9+-1个量子，这意味着可以在其量子基态中找到（10+-1）%的时间。
2010-11-01 quant-ph
Simultaneous cooling of degenerate mechanical modes in unresolved sideband regime via optical and mechanical nonlinearities
East China Jiaotong University（华东交通大学）；Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学）
本文提出了一种在未解析边带 regime 中同时冷却多个退化机械模式的方案，利用机械和光学非线性性克服暗模式效应，实现退化机械模式的地面态冷却。
2026-04-18 quant-ph
Collective Sideband Cooling in an Optical Ring Cavity
我们提出了一个基于腔的激光冷却和捕获方案，提供紧密的约束和冷却到非常低的温度，而不会在高粒子密度退化。双向泵浦环形腔建立了共振增强的光学驻波，其作用是将可极化粒子限制在深势阱中。粒子局域化通过相干光子再分布产生简并行波模式的耦合。这引起了具有高频分量的腔共振的分裂，该高频分量被调谐到在势阱中振荡的粒子的反斯托克斯拉曼边带，由于过量的反斯托克斯散射而产生冷却。在光晶格中的紧密限制以及预测，即超过50%的被捕获粒子可以被冷却到运动基态，保证了高的相空间密度。
2003-02-18 quant-ph
Optomechanical second-order sidebands and group delays in a spinning resonator with parametric amplifier and non-Markovian effects
本研究针对含简并光学参量放大器的旋转谐振器，分析了二阶边带与群延迟的调控规律，并拓展至非马尔可夫环境研究，为光力器件调控及相关领域应用提供了新途径。
2024-04-12 physics.optics quant-ph
Zeeman Degenerate Sideband Cooling in $^{176}$Lu$^+$
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子科技中心）；Temasek Laboratories, National University of Singapore（新加坡国立大学时亚实验室）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）
利用双光子拉曼跃迁实现$^{176}$Lu$^+$的退化侧带冷却，通过减少冷却周期数实现近基态冷却。
2025-10-07 quant-ph
Phase noise measurement of external cavity diode lasers and implications for optomechanical sideband cooling of GHz mechanical modes
通过辐射压力动态反作用的腔光机械冷却使得能够实现机械振荡器的基态冷却，只要激光器表现出足够低的相位噪声。在这里，我们调查和测量广泛可调谐外腔二极管激光器，这已被用于一系列最近的纳米光学机械实验，包括基态冷却的过量相位噪声。我们报告了一个明显的频率过剩噪声，其峰值在3.5 GHz附近，约为10^7 rad^2 Hz，归因于二极管激光器的弛豫振荡。测量结果表明，即使在GHz的频率二极管激光器不表现出量子限制的性能。相关的过量反作用可以排除基态冷却，即使在最先进的纳米光学机械系统。
2011-12-29 quant-ph
Comparing resolved-sideband cooling and measurement-based feedback cooling on an equal footing: analytical results in the regime of ground-state cooling
我们表明，在该制度的基态冷却，简单的表达式可以推导出的性能解析边带冷却-相干反馈控制的一个例子--和最佳的线性测量为基础的反馈冷却谐振子。这些结果对于定义该政权的小参数的领导秩序是有效的。他们提供了深入了解线性系统的相干和基于测量的反馈的局限性的起源，以及它们之间的关系。这些限制不是由量子力学施加的基本界限，而是由于两种冷却方法都被限制为仅使用与谐振器的线性相互作用的事实。我们比较了这两种方法的性能在平等的基础上-也就是说，对于相同的相互作用强度-并确认相干反馈能够更好地利用线性相互作用比基于测量的反馈。我们发现，这种性能差距是由测量的反作用噪声，但由投影噪声。我们还获得了简单的表达式，可以通过这两种方法在此制度下，优化的相互作用强度的最大冷却。
2015-03-19 quant-ph
Sideband cooling of small ion Coulomb crystals in a Penning trap
我们最近在Penning阱中用解析边带冷却技术在电四极跃迁S $_{1/2} \leftrightarrow$ D $_{5/2}$上演示了单个$^{40}$ Ca $^+$离子到运动基态的激光冷却。在这里，我们报告这种技术的扩展到小离子库仑晶体制成的两个或三个$^{40}$钙$^+$离子。在Lamb-Dicke区域外，沿磁场轴的两离子串以及两离子和三离子平面晶体上实现了轴向运动的有效冷却。为了同时冷却两个轴向自由度，需要复杂的边带冷却序列。我们测量的平均激发冷却后的$\bar n_\text{COM}=0.30(4)$的质心模式和$\bar n_\text{B}=0.07(3)$的呼吸模式的两个离子串与相应的加热速率为11（2）s $^{-1}$和1（1）s $^{-1}$在陷阱频率为162 kHz。在陷阱频率为355 kHz时，双离子平面晶体轴向模的基态占有率大于75%，相应的加热速率为0.8（5）s $^{-1}$.
2017-05-23 quant-ph
Sideband Cooling Micromechanical Motion to the Quantum Ground State
激光冷却技术的出现彻底改变了许多原子尺度系统的研究。这推动了量子计算机的发展，通过在运动的基态制备捕获的离子，并通过实现原子蒸气的玻色-爱因斯坦凝聚产生新的物质状态。类似的冷却技术提供了一种通用而灵活的方法，用于在宏观物体的运动基态中制备宏观物体，将强大的微观力学技术带入量子领域。腔光或机电系统通过光与运动之间的强相互作用实现边带冷却。然而，进入量子机制，小于单个量子的运动，一直难以捉摸，因为边带冷却还没有充分压倒机械系统与其热环境的耦合。在这里，我们展示了边带冷却的运动的微机械振荡器的量子基态。进入量子区需要大的机电相互作用，这是通过将微机械膜嵌入超导微波谐振电路来实现的。为了验证冷却的膜运动到量子制度，我们进行了近量子限制的测量微波场，解决这个运动的海森堡极限的5.1倍。此外，我们的设备具有强耦合，允许微波光子和机械声子的相干交换。同时实现强耦合、基态制备和有效测量为控制和检测非经典运动态的快速发展奠定了基础，甚至可能在更大尺寸和质量的未探索区域测试量子理论本身。
2011-03-10 quant-ph
Ultra-Efficient Cooling of Resonators: Beating Sideband Cooling with Quantum Control
冷却机械谐振器的当前技术水平是“边带”冷却的版本。在这里，我们提出了一种方法，使用相同的配置作为边带冷却--耦合谐振器冷却到第二个微波（或光学）辅助谐振器-但会冷却显着更冷。这是通过在机械谐振器的周期的量级上的时间上改变两个谐振器之间的耦合的强度来实现的。作为我们分析的一部分，我们还获得了一种快速，高保真量子信息传输谐振器之间的方法。
2011-03-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ground-State Cooling in Cavity Optomechanics with Unresolved Sidebands
本文考虑一个简单腔的光学力学，研究了量子机制下机械谐振腔的基态冷却。利用线性区域的有效主方程，可以得到二阶矩的运动方程。在忽略反共振项的情况下，得到了稳态解。声子数的最终平均值进行了比较的情况下，反共振项。我们发现，在最后一种情况下的基态冷却得到改善。事实上，反共振项的加入使得系统能够产生压缩场，这是增强冷却所必需的。给出了合成场的方差。分析计算在一些适当的制度。然后我们的分析预测证实了数值计算。
2018-09-04 quant-ph
Sideband cooling while preserving coherences in the nuclear spin state in group-II-like atoms
我们提出了一种激光冷却类Ⅱ族原子的方法，在不改变原子核自旋的量子态的情况下，保持了通常被光抽运破坏的相干性。由于类II族原子具有$^1S_0$闭壳基态，核自旋和电子自由度解耦，允许独立操纵。在激发态耦合这些自由度的超精细相互作用可以通过施加外部磁场来抑制。我们的协议采用解析边带冷却禁止的时钟跃迁，$^1S_0 \to {}^3P_0$，淬火通过耦合到快速衰减的$^1P_1$状态，深Paschen-Back制度。这使得激光冷却中性原子量子比特而不破坏存储在其核自旋中的量子信息成为可能，如两个例子所示，$^{171}$ Yb和$^{87}$ Sr。
2008-01-29 quant-ph
Sideband Cooling Beyond the Quantum Limit with Squeezed Light
电磁真空的量子涨落将可观察到的量子极限施加到用常规激光冷却技术可以达到的最低温度。随着激光冷却实验不断将大型机械系统带到前所未有的温度，这种量子极限在实验室中具有越来越大的实际重要性。幸运的是，真空涨落不是一成不变的，可以通过纠缠光子对的产生来“压缩”。在这里，我们提出并实验证明，压缩光可以用来边带冷却低于量子极限的宏观力学对象的运动。要做到这一点，我们首先冷却的微波腔光学机械系统与光的相干态在15%的限制。然后，我们使用约瑟夫森参量放大器（JPA）产生的压缩微波场冷却到量子极限以下2 dB以上。从外差光谱的机械边带，我们测量的最小热占有率为0.19声子。利用这种新技术，即使是低频机械振荡器原则上也可以任意冷却到运动基态附近，从而能够在更大，更大质量的系统中探索量子物理。
2016-06-28 quant-ph
Radio-frequency sideband cooling and sympathetic cooling of trapped ions in a static magnetic field gradient
本文详细研究了单原子离子和双原子离子的近基态冷却。我们介绍了一个简单的边带冷却方法的限制原子和离子，使用射频辐射施加到裸露的离子状态在静态磁场梯度，并证明其应用于离子限制在长期的陷阱频率，$ω_z \approx 2π\times 117 $ kHz。对于单个\ybplus离子，边带冷却循环将平均声子数$\left\langle\,n\,\right\rangle$从多普勒极限降低到$\left\langle\,n\,\right\rangle =$ 0.30（12）。这与本实验中理论估计的最低可实现声子数一致。我们将这种RF边带冷却方法推广到两个\ybplus离子的系统，在质心模式下得到声子数为$\left\langle\,n\,\right\rangle =$ 1.1（7）。此外，我们证明了第一次实现的交感RF边带冷却的离子晶体组成的两个单独寻址相同的同位素的相同的物种。
2017-10-25 physics.atom-ph quant-ph
Optimized pulsed sideband cooling and enhanced thermometry of trapped ions
解析边带冷却是一种标准技术，用于将多普勒极限以下的捕获离子冷却到接近其运动基态。然而，用于边带冷却的最常见的方法隐含地依赖于低多普勒冷却温度和紧密限制的离子，并且它们不能针对不同的实验条件进行优化。在这里，我们介绍了一个框架，计算最快的可能的脉冲边带冷却序列为给定数量的脉冲和一组实验参数，我们验证其改进相比，传统的方法，使用一个被困的$^{171}$ Yb $^+$离子。经过广泛的冷却，我们发现，离子的运动分布是明显的非热，因此不服从标准的测温技术。因此，我们开发和实验验证一种改进的方法来测量边带冷却后的离子温度。这些技术将使更有效的冷却和温度计内捕获的离子系统，特别是那些具有高的初始温度或空间扩展的离子波包。
2021-09-28 physics.atom-ph quant-ph
Laser cooling of a nanomechanical oscillator to the zero-point energy
在良好分辨的边带制度的光机腔是理想的适合于无数的量子现象的研究与力学系统，包括反作用规避测量，机械压缩，和非经典状态的产生。对于这些实验，机械振荡器应准备在其基态;剩余运动超过零点运动必须可以忽略不计。机械运动的必要冷却可以通过选择性地驱动反斯托克斯光机械转变使用腔中的光的辐射压力来实现。然而，迄今为止，激光吸收加热的光学系统远远进入解析边带制度，禁止强驱动。对于深层的地面状态冷却，以前的研究，因此采取被动冷却稀释制冷机。在这里，我们采用了高度侧边分辨硅光机械晶体在$^3$他缓冲气体环境中的$\sim 2\text{K}$演示激光边带冷却到平均热占用的$0.09_{-0.01}^{+0.02}$量子（自校准使用运动边带不对称性），这是$-7.4\text{dB}$的振荡器的零点能量，并对应于92%的基态概率。通过激光冷却实现如此低的占有率，为光学领域的广泛量子光学力学实验打开了大门。
2019-12-25 quant-ph
A cesium gas strongly confined in one dimension : sideband cooling and collisional properties
研究了强失谐光晶格中铯原子的一维边带冷却。Lamb-Dicke制度是在晶格方向上实现的，而横向限制要弱得多。所采用的边带冷却方法首先由Vuletic等人\cite{Vule98}研究，该方法使用塞曼能级之间的拉曼跃迁并产生自旋极化样品。我们提出了一个详细的研究这种冷却方法，并调查系统中的弹性碰撞的作用。我们在强约束运动的振动基态中积累原子的$83(5)%$，并且弹性碰撞将横向运动冷却到$2.8 μ$ K= $0.7 \hbarω_{\rm osc}/k_{\rm B}$的温度，其中$ω_{\rm osc}$是在强约束方向上的振荡频率。然后，样品接近准2D冷气体的状态。我们分析了这种冷却方法的局限性，并提出了一个动态变化的捕获势作为冷却原子样品的一种手段，更低的温度。弱和强限制的自由度之间的热化率的测量是兼容的零能量散射共振先前观察到的弱3D陷阱。对于探索的温度范围内的测量同意最近的计算准二维碰撞\cite{Petr01}。透明的分析模型再现了$k_{\rm B}T \gg \hbar ω_{\rm osc}$和$k_{\rm B}T \ll \hbar ω_{\rm osc}$的预期行为，其中2D特征是突出的。
2001-06-06 quant-ph
Ground state cooling of mechanical motion in the unresolved sideband regime by use of optomechanically induced transparency
本文提出了一种将光机系统中的机械运动冷却到基态的方案。与标准边带冷却不同，该方案适用于所谓的未解析边带区域，其中机械模式的谐振频率远小于腔线宽。当假设存在附加的辅助机械模式并利用光机械诱导透明的效果时，基态冷却成为可能。我们首先考虑一个系统，其中一个光学腔与两个机械模式相互作用，并表明，基态冷却的未解决的机械模式时，辅助模式是在解决边带制度是可能的。然后，我们提出了一个修改后的设置涉及两个腔模式，其中两个机械模式被允许在未解决的边带制度。
2014-06-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sideband cooling and coherent dynamics in a microchip multi-segmented ion trap
具有多个阱段的小型化离子阱阵列为可扩展的量子信息处理提供了有前途的架构。分段线性Paul阱的小型化允许将微阱划分在不同的存储和处理区中。通过外部陷阱控制电压对许多离子进行单独的位置控制-每个离子在其长寿命的电子能级中携带量子比特信息-对于下一代大规模量子算法的实现非常重要。我们提出了一种新型的可扩展的微芯片多段离子阱，其具有两个不同的相邻区域，一个用于存储，另一个专用于使用单离子和线性离子晶体处理量子信息：一对收音机-频率驱动的电极和62个独立控制的DC电极允许单个离子或线性离子晶体在轴向和径向阱频率为几MHz。利用边带光谱对<->40 Ca+离子的S1/2D 5/2窄量子比特跃迁进行了表征和优化，演示了相干单量子比特拉比旋转和光学冷却方法。我们确定加热率使用边带冷却测量振动基态，这是必要的后续两个量子比特的量子逻辑操作。证明了可扩展的量子信息处理的适用性。
2008-02-03 quant-ph
Continuous Raman sideband cooling beyond the Lamb-Dicke Regime in a trapped ion chain
我们报告了长离子链连续拉曼边带冷却（CRSC）到超出Lamb-Dicke（LD）区域的运动基态。通过同时驱动多个边带跃迁，我们发现，几乎所有的轴向模式的24离子链冷却到基态，与LD参数一样大的$η= 1.3$，跨越4 MHz的频率带宽。与传统的基态冷却方法（如脉冲边带冷却或电磁感应透明（EIT）冷却）相比，我们的方法具有两个关键优势：对定时误差的鲁棒性;以及不受离子数量限制的超宽带宽。这种技术有助于作为一个关键的一步，大规模量子信息处理与线性离子链和更高的维度一样，可以很容易地推广到其他原子和分子系统。
2022-08-15 physics.atom-ph quant-ph
Population dynamics in sideband cooling of trapped ions outside the Lamb-Dicke regime
本文给出了浅势阱中原子离子光学边带冷却的模拟结果。在这样的阱中，离子不能被多普勒冷却到接近Lamb-Dicke区域（$η^2(2n+1) \ll 1$）。在Lamb-Dicke区之外，边带冷却动力学被各种Fock态的存在所改变，在这些Fock态中冷却变得非常缓慢。在我们的潘宁阱中捕获的钙离子实现了这样的情况，因此单级冷却对于在运动基态中制备离子是低效的。对于这些系统，有必要详细研究的冷却动力学，我们表明，它是可能的，以实现有效的基态冷却的优化冷却序列。我们还提出了模拟的冷却动力学的两个离子被困在一个潘宁陷阱，其中一个额外的运动模式的存在下，需要一个复杂的冷却序列，以冷却两个轴向模式的基态同时。此外，我们还研究了潘宁阱中单个离子的边带加热。
2018-12-06 physics.atom-ph quant-ph
Squeezed cooling of mechanical motion beyond the resolved-sideband limit
腔光力学提供了一个独特的平台，通过跨越经典量子边界的光场控制微机械系统，为量子技术奠定坚实的基础。目前，光机械谐振器已成为发展精确控制的纳米电机，超灵敏传感器和鲁棒量子信息处理器的有希望的候选人。对于所有这些应用，关键的要求是将机械谐振器冷却到它们的量子基态。在本文中，我们提出了一种新的冷却方案，进一步冷却微机械谐振器通过噪声压缩效应。这种谐振器中的一个正交可以被挤压以在另一个“加热”正交中引起增强的波动，然后可以通过传统的光机械耦合来冷却机械运动。我们的理论分析和数值计算表明，这种挤压和冷却机制提供了一种快速的技术，深度冷却的宏观机械谐振器到一个前所未有的温度区域低于零点波动。
2017-11-16 quant-ph
Fast Laser Cooling Using Optimal Quantum Control
将俘获离子冷却到其运动基态是基于俘获离子的量子信息处理的核心步骤。现有技术的冷却方案通常在使用微扰方法解析地导出的一组最佳冷却条件下工作，其中边带耦合被假设为所有相关跃迁中最弱的。因此，冷却速率受到严重限制。在这里，我们建议使用量子控制技术与自动微分供电，以加快经典的冷却方案。我们证明了我们的方法的有效性，通过应用它来寻找经典的边带冷却和电磁感应透明冷却计划，这是一般超出弱边带耦合制度的最佳冷却条件。基于这些数值找到的最佳冷却条件，我们表明，可以实现更快的冷却，而在同一时间可以保留一个低的平均声子占有。
2021-10-11 quant-ph
Optomechanical cooling in the non-Markovian regime
我们提出了一个方案，其中的机械谐振器的冷却是通过暴露的光学机械系统的非马尔可夫环境。由于来自非马尔可夫环境的回流，声子数可以超过马尔可夫环境中的常规冷却极限。利用最近实验[Nature Communications 6，7606（2015）]中获得的谱密度，我们证明了冷却过程在非马尔可夫环境中是非常有效的。通过对非马尔可夫环境下冷却机制的分析，发现非马尔可夫记忆效应对冷却过程起着重要作用。
2016-06-12 quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Levitated Nanoparticle in the Presence of Laser Phase Noise
我们研究了在高精细度腔中冷却悬浮纳米粒子质心运动的背景下，激光相位噪声加热对分辨边带冷却的影响。虽然相位噪声加热不是一个基本的物理约束，它成为Levitodynamics中的主要限制的制度迄今尚未探索，因此体现了从这一点向前的主要障碍，在达到运动基态的悬浮介观物体与解决边带冷却。我们在$p = 3\times 10^{-7}$ mbar的压力下达到与$T_{min}=10$ mK相当的最小质心温度，仅受相位噪声的限制。最后，我们提出了可能的战略走向运动基态冷却的相位噪声的存在。
2019-10-10 physics.optics quant-ph
Atom assisted cavity cooling of a micromechanical oscillator in the unresolved sideband regime
在高不可分辨边带区研究了光机械腔中全同二能级原子系综的机械振子的基态冷却。该体系表现出电磁诱导的类双折射量子干涉效应。与腔场的相互作用引起原子模和机械模之间的间接耦合。在存在这种相互作用的情况下，噪声频谱得到修改，并导致不对称的冷却和加热速率。利用量子主方程，研究了平均声子数随时间的演化，观察到机械谐振器中的平均声子占有率表现出基态冷却。
2016-02-27 physics.optics quant-ph
Dissipative-coupling-assisted laser cooling: limitations and perspectives
最近确定的通过在红边带激发下的耗散和色散光机械耦合的组合在未分辨边带区域中的机械振荡器的基态冷却的可能性[Phys.Rev.A88，023850（2013）]，目前被视为显著的发现。我们提出了一个全面的分析，该协议，它揭示了其非常高的灵敏度，如额外的耗散，优化的实验设置的不准确性，以及所采用的理论框架的不准确性小的缺陷。定量评估这些缺陷对冷却极限的影响。一个非常强大的影响冷却极限被发现从内部空腔衰减率，即使是小的检测率相比，可能会大大推动限制，质疑的可能性，基态冷却。具体地，内部损耗只能在内部衰减率与检测率的比率远小于由协议预测的冷却极限与常见的色散耦合辅助边带冷却极限的比率的情况下被忽略。此外，我们建立了该协议的理论的适用性的条件是要求后者的比例是远远小于1。详细比较的冷却协议的问题与色散耦合辅助协议，使用红色边带激励或反馈。
2020-10-14 quant-ph
Cavity sideband cooling of trapped molecules
本文从理论上研究了两个振转态之间的红外跃迁作为循环跃迁时，囚禁分子的腔边带冷却效率。假设分子被捕获的射频或光学捕获的潜力，这取决于他们是否带电或中性，并限制在一个高精细光学谐振腔，增强辐射发射到腔模式。使用现实的实验参数和COS作为一个代表性的分子的例子，我们表明，在这种设置冷却到陷阱基态是可行的。
2011-08-05 physics.chem-ph quant-ph
Raman Sideband Cooling in Optical Tweezer Arrays for Rydberg Dressing
利用光镊捕获单个中性原子并与里德堡态激光耦合，为量子模拟提供了一个快速、灵活的生成可配置原子阵列的平台。该平台特别适合研究各种几何形状的量子自旋系统。然而，对于需要连续捕获的实验，由捕获势和温度加宽引起的不均匀光位移施加了严重的限制。在这里，我们将展示如何拉曼边带冷却允许一个克服这些限制，因此，准备阶段里德伯敷料镊子阵列。
2020-12-30 physics.atom-ph quant-ph
139 GHz UV phase-locked Raman laser system for thermometry and sideband cooling of $^9$Be$^+$ ions in a Penning trap
我们演示了两个紫外激光源的相位锁定的基本红外激光调制的第四阶边带使用电光调制器和相位锁定的一个边带的第二个基本红外激光。随后的和频产生和二次谐波产生成功地将频率偏移转换到紫外域。在139 GHz的相位锁定确认通过受激拉曼跃迁测温的$^9$的$^+$离子限制在低温潘宁陷阱。该技术可用于单$^9$ Be $^+$离子的边带冷却以及Penning阱中的共振冷却方案和基于量子逻辑的测量。
2021-10-18 physics.atom-ph quant-ph
Employing coupled cavities to increase the cooling rate of a levitated nanosphere in the resolved sideband regime
在本文中，我们研究了冷却的悬浮纳米球在系统中的耦合腔在解决边带制度。由于在耦合腔冷却系统中存在额外的谐振，耦合强度可以在最佳失谐处最大化。以这种方式，腔内光子数增加，从而提高冷却速率，并且实现强耦合状态，而不依赖于增加的驱动激光功率。在这里提出的系统中的耦合腔在解决边带制度和已经报道的系统中的耦合腔在未解决边带制度的冷却效率增加的基本物理是显着不同的彼此。由于谱密度的位移的颗粒可以不再准确地近似由传统的洛伦兹线形在强耦合制度，双洛伦兹线形采用精确近似的谱密度的位移的颗粒，并提供分析配方的冷却速率。给出的冷却速率的解析表达式通过数值模拟进行了验证。
2018-02-07 physics.optics quant-ph
Collective enhancement in sideband cooling of ion crystals
Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information of the Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）
研究离子库仑晶体边带冷却中集体效应的影响，发现强耦合下相干态交换机制使剩余声子数随离子数平方反比下降，实验实现平均声子数低于2e-4。
2026-06-23 quant-ph
Two-dimensional sideband Raman cooling and Zeeman state preparation in an optical lattice
本文提出了一种边带拉曼冷却到大失谐二维光晶格中$m=0$塞曼子能级振动基态的方法。在我们的方案中，由于弱泵浦场引起的交流斯塔克效应，相邻塞曼子能级的振动流形之间的拉曼耦合移到了红边带。因此，冷却和对$m=0$的光学泵浦通过具有共面cw激光束的纯光学装置来实现。的光晶格和冷却参数估计的框架内的简单的理论模型。本文讨论了横向边带冷却法在频率标准中的应用。预测了简并振动能级间边带拉曼跃迁的相干布居俘获。
2000-08-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Efficient sideband cooling protocol for long trapped-ion chains
囚禁离子是大规模量子计算的一个有希望的候选者。在学术和工业环境中已经建立了几个系统来实现适度规模的量子算法。运动自由度的有效冷却是使用捕获离子的高保真量子操作的关键要求。在这里，我们提出了一种技术，其中单独的离子被用来冷却单独的运动模式并行，减少所需的时间，使离子链的运动基态。我们通过实验证明了这种技术，并开发了一个模型来了解我们的平行边带冷却技术相比，更传统的方法的效率。该技术适用于任何使用共捕获原子种类的分辨边带冷却的系统，并且仅需要捕获粒子的单独寻址。
2020-02-10 physics.atom-ph quant-ph
Optimization of optomechanical cooling and entanglement using semi-analytic solutions to the Lindblad master equation
本文通过求解 Lindblad 主方程得到泵浦光机械系统在红、蓝边带下的精确量子态，并据此提出先红边带冷却、再优化蓝边带泵浦的方案，以在热环境中实现最大纠缠时间。
2025-04-11 quant-ph
Ground state cooling of micromechanical oscillators in the unresolved sideband regime induced by a quantum well
微机械振荡器的基态冷却是腔光力学中观察量子力学效应的一个典型目标。从理论上研究了光机械腔中存在量子阱时机械振子的基态冷却。由于在量子阱存在下的模式剪裁，腔响应得到修改，并导致不对称的加热和冷却过程。这有利于冷却的机械振荡器，即使在未解决的边带制度，通过抑制斯托克斯散射。
2016-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Sideband cooling of nearly degenerate micromechanical oscillators in a multimode optomechanical system
多模光机系统是研究量子基态附近物质的基本方面的新兴平台，并且在灵敏感测和测量应用中是有用的。我们研究了两个近简并的机械振荡器耦合到一个微波谐振腔的系统中的光机械冷却。由于光学介导的耦合，两个振荡器杂交成具有强光学机械冷却速率的亮模式和几乎与系统解耦的暗模式。我们发现，在高耦合，边带冷却的暗模式被强烈抑制。我们的研究结果是相关的新颖的光学机械系统，其中多个紧密间隔的模式是固有的。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall 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
Sideband cooling of the radial modes of motion of a single ion in a Penning trap
多普勒和边带冷却是长期存在的技术，它们一起用于制备处于运动基态的被捕获原子离子。在本文中，我们研究如何将这些技术可以扩展到冷却的单个离子在潘宁阱的径向运动模式。我们用数值方法研究了在外加振荡电场以共振耦合径向模的情况下有效多普勒冷却的必要实验参数。模拟支持的实验数据为一个单一的$^{40}$钙$^+$离子多普勒冷却到$\sim$ 100声子在两种模式下的磁控管频率为52 kHz和修改后的回旋频率为677 kHz。对于这些频率，我们然后表明，平均声子数$0.35(5)$的修改后的回旋加速器和$1.7(2)$的磁控管运动后，68毫秒的边带冷却。
2019-07-04 physics.atom-ph quant-ph
A Markovian approach to $N$-photon correlations beyond the quantum regression theorem
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；The University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本文提出一种马尔可夫框架，用于计算频率分辨的N光子相关函数，克服了传统工具如量子回归定理的局限。通过驱动半导体量子点的应用，展示了声子对荧光的影响，揭示了声子诱导的结构。
2025-09-25 quant-ph
Micro-mechanical oscillator ground state cooling via intracavity optical atomic excitations
我们预测了微机械振荡器的基态冷却，即一个光学腔的振动端镜，通过谐振耦合的镜子振动的一个狭窄的内部光学跃迁的系综的二能级系统。由集体介观自旋模型表示的粒子与腔一起实现了一个有效的、频率可剪裁的零温度损失通道，该通道可以转变为泵浦的增益通道。与需要小腔线宽的解析边带腔冷却的情况相反，可以在低精细度和非常小的腔体积下工作以增强光镜和光原子耦合。定制的损耗和增益通道提供振动量子的有效去除并抑制再加热。在边带冷却的简单物理图像中，原子塑造腔轮廓以增强/抑制散射到较高/较低能量边带。该方法也适用于其他基于腔的原子和分子气体冷却方案，以及耦合到带状线腔的分子系综。
2009-06-19 quant-ph
Optomechanical cooling of levitated spheres with doubly-resonant fields
悬浮电介质粒子的光机械冷却代表了一种有前途的新方法，在寻求冷却小型机械谐振器向其量子基态。我们研究了自陷机制下悬浮纳米球的双模冷却。我们确定了一个丰富的结构分裂边带（通常的强耦合效应无关的机制）和强冷却，即使当一个模式是蓝色失谐。我们表明，最好的制度发生时，两个光场合作冷却和陷阱的纳米球，其中冷却速率超过一个数量级的速度相比，相应的单边带冷却速率。
2012-07-19 quant-ph
Resolved-sideband cooling and measurement of a micromechanical oscillator close to the quantum limit
自量子力学诞生以来，对宏观力学振子中量子现象的观测一直是人们感兴趣的课题。这一制度的先决条件是在低声子占有率和测量灵敏度的振荡器的基态波函数的扩展的规模的机械振荡器的准备。人们普遍认为，解决这两个挑战的最有前途的方法是电子纳米机械系统。在这里，我们第一次接近量子机制与介观尺寸的机械振荡器-肉眼可辨别-和1000倍以上的最重的纳米机械振荡器使用的日期。腔光学机械学的两个关键原理对这些进展至关重要：在attometer水平上对机械位移进行光学干涉测量，以及使用测量引起的动态反向作用来实现机械自由度的解析边带激光冷却的能力。仅使用适度的低温预冷至1.65 K，制备接近其量子基态（63+-20声子）的机械振荡器。同时，读出灵敏度达到标准量子极限的5.5 ± 1.5倍。报道的实验标志着一种范式转变的方法，以量子极限的机械振荡器使用光学技术，并代表了第一步进入一个新时代的实验研究，探讨量子性质的最有形的谐振子：机械振动。
2009-01-11 quant-ph
Sideband ground-state cooling of graphene with Rydberg atoms via vacuum forces
我们提出了一个计划，导致基态冷却的基本面外（弯曲）模式的悬浮石墨烯片。我们的提议利用了受驱动的里德伯原子和石墨烯谐振器之间的耦合，这是由真空力实现的。由于里德伯态的原子极化率很大，卡西米尔-波尔德力比原子在基态中所能达到的相应力大几个数量级。通过玩弄原子和石墨烯膜之间的距离，我们表明，解决边带冷却是可能的，使基本弯曲模式的占用数下降到其量子极限。我们的发现有望激发石墨烯在极低温度下的物理应用。
2019-07-01 cond-mat.mes-hall 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
