Enhanced ion-cavity coupling through cavity cooling in the strong coupling regime
在光子量子网络的发展过程中,离子阱中的光腔结构变得越来越重要。然而,腔的存在可能妨碍离子的有效激光冷却,因为腔施加的几何约束和可能显著改变冷却动力学的不利的Purcell效应。另一方面,也可以利用离子到腔的耦合来提供有效地冷却离子的机制。在本文中,我们将通过实验演示如何实现腔冷却,以提高离子的本地化,从而提高其耦合到腔。通过使用腔冷却,我们得到了增强的离子腔耦合的$2π\times (16.7\pm 0.1)$ MHz,相比$2π\times (15.2\pm 0.1)$ MHz时,仅使用多普勒冷却。
2020-03-03 physics.atom-ph quant-ph
EIT ground-state cooling of long ion strings
电磁感应透明(EIT)冷却是一种用于囚禁粒子的基态冷却技术。与更成熟的方法相比,EIT在频率空间中提供更宽的冷却范围。在这项工作中,我们的实验研究EIT冷却在字符串的捕获原子离子。在字符串中的18个离子,我们证明了在1毫秒下的所有径向模式的同时基态冷却。这是一个特别重要的能力,鉴于新兴的量子模拟实验与大量的被困离子。我们的EIT冷却动力学的分析是基于一种新的技术,使单次测量的声子数,通过快速绝热通道上的振动边带的窄过渡。
2016-04-02 physics.atom-ph quant-ph
Rotational excitation in sympathetic cooling of diatomic molecular ions by laser-cooled atomic ions
Universität Kassel(卡塞尔大学);Universidad Autónoma de San Luis Potosí(圣路易斯波托西自治大学);Aarhus University(奥胡斯大学);Freie Universität Berlin(柏林自由大学)
研究通过激光冷却原子离子与双原子分子离子的库仑相互作用,分析协同冷却过程中旋转激发的影响,评估冷却时间及分子内部状态的纯度。
2026-01-15 physics.atom-ph quant-ph
Improving Efficiency of Sympathetic Cooling in Atom-Ion and Atom-Atom Confined Collisions
我们提出了一种新的方式,在电磁保罗陷阱的离子的交感冷却:它意味着使用冷缓冲原子在原子离子约束诱导共振(CIR)的区域。问题是,离子不可避免的微动及其与混合原子-离子阱中较冷原子环境相互作用的长程性质阻止了其共振冷却。我们发现,离子微动对其交感冷却的破坏性影响,但可以抑制在附近的原子-离子CIR。其起源是CIR附近原子-离子波函数的“费米子化”,其中原子-离子对表现为一对不相互作用的相同费米子。这阻止了原子与离子在共振附近的完全接近,并且不会增强离子的微动,这会干扰其交感冷却。以Li-Yb $^+$和Li-Yb受限系统为例,采用准经典量子方法研究了原子-离子和原子-原子受限碰撞中共振环周围的交感冷却效应.在这种方法中,冷原子的薛定谔方程与较热重离子或原子碰撞过程中的经典Hamilton方程同时积分。我们发现在原子-离子混合阱中,冷原子对离子的共振冷却是可能的。我们还表明,它是可能的,以提高效率的交感冷却原子陷阱,通过使用原子CIR。
2021-01-10 physics.atom-ph quant-ph
Polarization-gradient cooling of 1D and 2D ion Coulomb crystals
本文介绍了在线性Paul阱中对Ca $^+$多离子库仑晶体进行极化梯度冷却的实验。偏振梯度冷却的集体运动模式的本征矢量有重叠的对称轴的陷阱是通过两个反向传播的激光束,具有相互正交的线性偏振,从S $_{1/2}$到P $_{1/2}$过渡蓝失谐。我们演示了高达51个离子的线性链和22个离子的锯齿形配置中的2D晶体的冷却。冷却结果进行了比较,数值模拟和预测的一个简单的模型中的移动极化梯度冷却。
2020-08-26 physics.atom-ph quant-ph
Efficient sympathetic motional ground-state cooling of a molecular ion
冷分子离子在从精密光谱学、基础物理测试到超冷化学等各个领域都有着广阔的应用前景。内部和外部自由度的控制是许多这些应用的先决条件。运动基态冷却代表了量子逻辑辅助的内部状态制备、检测和光谱学协议的起点。强大而快速的冷却对于最大限度地利用实际实验的时间至关重要。我们优化了单个$^{25}\mathrm{Mg}^{+}$离子的基态冷却方案和$^{24}\mathrm{MgH}^{+}$的交感基态冷却方案的冷却速率。特别是,我们表明,强大的冷却相结合的脉冲拉曼边带冷却连续淬火冷却。此外,我们实验证明了一个有效的策略,基态冷却以外的Lamb-Dicke制度。
2015-03-30 physics.atom-ph quant-ph
Sub-Doppler cooling of trapped ions using optical tweezers
University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学);QuSoft
提出一种利用中空光镊与微波驱动实现囚禁离子晶体亚多普勒冷却的方案,通过西西弗斯冷却机制,对多达三个离子实现快速冷却,可作为多普勒冷却与基态冷却的中间步骤。
2026-09-24 physics.atom-ph quant-ph
Rapid Exchange Cooling with Trapped Ions
针对QCCD架构中协同冷却的速率瓶颈,提出交换冷却方法,利用激光冷却的冷却剂离子快速冷却计算离子,实验证明输运时间仅107微秒,移除超96%轴向能量,验证单种类处理器可行性。
2024-02-05 physics.atom-ph quant-ph
Micromotion-induced Limit to Atom-Ion Sympathetic Cooling in Paul Traps
我们提出并推导出解析表达式的一个基本限制的共振冷却的离子在射频陷阱使用冷原子。这个极限来自于离子-原子长程碰撞过程中阱电场所做的功,甚至适用于完全补偿阱中零温度原子气体的冷却。我们的结论是,在目前的实验实现这种碰撞加热防止访问单分波原子离子相互作用或量子化离子运动的制度。我们确定的条件上的原子-离子的质量比和陷阱参数达到s-波碰撞制度和陷阱基态。
2012-09-30 physics.atom-ph 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
Buffer gas cooling of ions in time-dependent traps using ultracold atoms
对于利用混合原子-离子系统探索量子效应,达到超冷温度是主要限制因素。在这项工作中,我们提出了大量的实验现实的情况下,使用超冷原子气体的被困离子缓冲气体冷却的数值模拟结果。我们探索通过优化各种射频(RF)陷阱和RF驱动方案,包括线性和八极陷阱,数字保罗陷阱,旋转陷阱和混合光学/RF陷阱的陷阱参数的微动诱导的热效应的抑制。我们发现,非常相似的离子能量可以达到所有的,即使考虑实验的不完善,导致所谓的过度微动。此外,我们期待到一个量子描述的系统,并表明,量子力学不能保存从微动诱导加热的原子-离子碰撞的离子。结果表明,缓冲气体冷却可以用来达到接近离子的运动的基态,甚至是竞争力相比,一些亚多普勒冷却技术,如西西弗斯冷却。因此,缓冲气体冷却是一个可行的替代离子,不服从激光冷却,结果可能是感兴趣的量子化学和精密光谱学的研究。
2021-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Adiabatic cooling of a single trapped ion
本文介绍了在线性射频阱中对单个~(40)Ca ~+离子绝热冷却的实验结果。经过一段时间的激光冷却后,沿无射频场轴的长期频率从583 kHz降低到75 kHz。对于一个最初被冷却到0.65 ± 0.03 mK的离子多普勒激光器,在绝热膨胀后测得的温度为87 ± 7 μK。对处于基态(P0 = 0.978 +/- 0.002)的单边带冷却离子应用相同的绝热冷却过程导致最终的基态占据为0.947 +/- 0.005。这两个结果都与基本上完全绝热的行为非常一致。这些结果在离子基量子信息科学、高分辨率分子离子光谱学和超低温离子化学等不同领域具有广泛的应用前景。
2012-10-16 physics.atom-ph quant-ph
Doppler cooling thermometry of a multi-level ion in the presence of micromotion
我们研究了多普勒冷却过程中,一个初始热的、多能级的、单原子离子被囚禁在射频Paul阱中的随时间变化的荧光。我们已经开发了一个分析模型,描述了多普勒冷却过程中的荧光动力学,用于提取离子的初始能量。以前的多普勒冷却测温模型仅限于二能级原子,且忽略了陷阱振荡电场的影响,而我们的模型适用于多能级原子,并考虑了原子微运动对冷却动力学的影响.这种测温法适用于任何初始能量分布。我们实验测试我们的模型与离子准备在一个连贯的,热和Tsallis能量分布。
2017-05-01 physics.atom-ph quant-ph
Electromagnetically-Induced-Transparency Cooling with a Tripod Structure in a Hyperfine Trapped Ion with Mixed-Species Crystals
针对超精细结构离子难以实现标准EIT冷却的问题,提出通过添加额外激光频率在25Mg+上实现EIT冷却的方法,并成功在混合物种晶体中演示了所有轴向模式的同步冷却。
2024-08-23 physics.atom-ph quant-ph
Indirect Cooling of Weakly Coupled Trapped-Ion Mechanical Oscillators
本文提出利用囚禁势参量调制将弱冷却辐射耦合模式与强冷却辐射耦合模式耦合,实现囚禁离子晶体中难以直接冷却运动模式的间接近基态冷却,并在多种同种及混合离子晶体中验证了该方法的有效性。
2024-04-03 physics.atom-ph quant-ph
Rapid laser-free ion cooling by controlled collision
本文提出了一种在谐振阱的几个振荡周期内消除离子量子位的轴向运动激发的方法。其原理是制备另一个处于运动基态的冷却剂离子,然后应用声子分束器在离子之间交换运动态而不影响内部状态。该方法只需要精确控制俘获势,因此其性能不受当前激光冷却方案的限制。该方法通过预先制备足够的冷却剂离子,可以在量子信息处理过程中快速地对离子量子比特进行再冷却。
2014-02-19 physics.atom-ph quant-ph
Laser cooling trapped-ion crystal modes beyond the Lamb-Dicke regime
针对兰姆-迪克区外囚禁离子晶体的冷却问题,提出非微扰半经典方法,可准确模拟高能现象并与实验及全量子模拟对比,补充全量子模型,实现更高能标下的快速准确预测。
2024-11-27 physics.atom-ph quant-ph
Robust dynamical exchange cooling with trapped ions
我们从理论上研究了通过与预冷离子的瞬态相互作用使被囚禁的原子离子快速冷却的可能性。通过动态控制离子的平衡位置实现瞬态耦合。为了实现较短的冷却时间,我们通过应用基于不变式的工程来利用绝热的捷径。我们在设计这些器件时考虑了杂散磁场和陷波器频率偏移等缺陷。对于在我们的实验室中的当前操作的陷阱适当的设置,我们发现,可以实现强大的性能下降到$6.3$运动周期,包括$14.2\ \mathrm{μs}$的离子与$0.44\ \mathrm{MHz}$陷阱频率。这比在弱耦合状态下使用激光冷却可以实现的速度快得多,这使得这在量子计算的背景下成为有吸引力的方案。
2020-03-31 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic cooling and detection of a hot trapped ion by a cold one
研究了一个离子被另一个激光冷却离子或小离子晶体共振冷却的动力学。为此,我们开发了简单的模型的冷却动力学在弱库仑相互作用的限制。在实验上,我们利用激光烧蚀产生的中性原子的光电离,制备了Ca $^+$和Al $^+$的双离子晶体。我们用时间分辨荧光光谱法研究了激光烧蚀原子穿过陷阱的速度分布。我们观察到中性原子的速度远高于那些热加热的样品,并发现作为一个结果长的symathethic冷却时间之前结晶发生。我们的关键结果是一种新的技术,用于检测负载的初始热离子的能量在eV范围内,通过监测多普勒冷却离子的运动状态已经存在于陷阱。该技术不仅检测离子,而且还提供关于交感冷却过程的动力学的信息。
2015-09-02 physics.atom-ph 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
Dark-state suppression and optimization of laser cooling and fluorescence in a trapped alkaline-earth-metal single ion
我们研究了多普勒冷却和荧光检测所需的离子的冷却和再泵浦激光场所造成的单个被困的88 Sr+离子的暗态的形成和不稳定。通过数值求解由5s 2S 1/2、5 p2 P1/2和4d 2D 3/2态的子能级组成的八能级系统的含时密度矩阵方程,分析了不同类型的暗态以及如何防止它们以最大化散射率,这对于冷却和离子探测都是至关重要的.研究了激光线宽和离子运动对散射率和暗共振的影响。计算结果与实验结果进行了比较,位于加拿大国家研究委员会的端盖离子阱系统,发现是在良好的协议。这一结果也适用于其它碱土金属离子和无超精细结构的同位素。
2012-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Quantum theory of electrically levitated nanoparticle-ion systems: Motional dynamics and sympathetic cooling
Institute for Theoretical Physics and Vienna Center for Quantum Science and Technology, Technical University of Vienna(维也纳大学理论物理研究所与维也纳量子科学与技术中心);Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck(因斯布鲁克大学实验物理研究所)
本文提出了一种描述纳米粒子和离子在双频线性保罗陷阱中耦合运动的量子理论,研究了通过离子与持续多普勒冷却离子的库仑耦合实现的纳米粒子同情冷却。
2026-05-21 physics.atom-ph quant-ph
Ramp dynamics of phonons in an ion trap: entanglement generation and cooling
我们证明了一维离子阱中声子的斜坡动力学既可以用于产生多粒子纠缠态,也可以用于囚禁离子串的运动态冷却。我们研究这样的斜坡动力学使用一个有效的玻色-哈伯德模型,它描述了这些声子在低能量和特定的协议,涉及网站特定的动态调谐的现场潜力的模型,可以用来产生纠缠态,并实现运动态冷却,而不涉及电子态的离子。我们比较和对比我们的计划,这些早期建议的,并讨论具体的实验,以实现建议的协议。
2013-10-16 physics.atom-ph quant-ph
Cooling trapped ions with phonon rapid adiabatic passage
本文提出声子快速绝热通道(phrap)技术,通过相干交换模式布居加速离子冷却,实现数量级提速并对涨落不敏感。
2024-03-18 physics.atom-ph quant-ph
Electromagnetically-Induced-Transparency Cooling of High-Nuclear-Spin Ions
本研究针对高核自旋$^{137}\text{Ba}^+$离子复杂基态能级导致EIT冷却效率低的问题,引入EIT泵浦激光补充冷却子空间粒子数,实现单离子及五离子链径向模式的近基态冷却,为大规模囚禁离子量子计算提供冷却技术支撑。
2024-08-22 physics.atom-ph quant-ph
The effect of atomic response time in the theory of Doppler cooling of trapped ions
我们描述了一个简单的方法,将一个原子或离子的多普勒冷却到理论的冷却过程的响应时间的问题。被冷却的系统通常不会立即响应其在静止坐标系中经历的变化的激光频率,并且这种“动态效应”会显著影响可达到的温度。这是特别重要的捕获离子时,有一个缓慢的衰变出的冷却循环需要使用的再泵浦束。我们处理了两个和三个内部状态的囚禁离子的情况下,然后将理论应用到$^{40}{\rm Ca}^+$。对于这个离子存在的实验数据表明,离子是冷的条件下,加热预测,如果忽略动态效应。本理论解释了观察到的行为。
2017-06-14 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Beam-Splitter Cooling and Thermometry in Large Trapped-Ion Crystals
Indian Institute of Technology Madras(印度马德拉斯理工学院);Center for Quantum Information, Communication and Computing, Indian Institute of Technology Madras(印度马德拉斯理工学院量子信息、通信与计算中心)
提出量子分束器冷却(QBSC)协议,利用红边带驱动实现质心模与集体自旋的SWAP操作,快速冷却至近基态,并基于离子布居统计实现近最优量子分束器测温(QBST)。
2026-07-01 physics.atom-ph quant-ph
Dark-resonance Doppler cooling and high fluorescence in trapped Ca-43 ions at intermediate magnetic field
我们展示了简单而强大的方法,多普勒冷却和获得高荧光捕获的43 Ca+离子在磁场为146高斯。该场可以在离子的基态超精细结构内实现与磁场无关的“原子钟”量子比特跃迁,但也会导致与多普勒冷却相关的64个状态的复杂内部结构分布在原子跃迁线宽的许多倍上。使用随时间变化的光学布洛赫方程模拟的系统,我们开发了一个简单的计划,多普勒冷却的离子上的双光子暗共振,这是强大的激光强度,失谐和偏振的典型实验变化。我们实验证明冷却到0.3 mK的温度,略低于相应的两级系统的多普勒极限,然后使用拉曼边带激光冷却进一步冷却到离子的径向运动模式的基态。这些方法将使两个量子比特与这种离子纠缠,这是迄今为止开发的最有前途的量子比特之一。
2015-10-30 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
Optical Traps for sympathetic Cooling of Ions with ultracold neutral Atoms
我们报道了在没有任何射频场的情况下,超冷中性$ \text{Rb}$原子和$ \text{Ba}^+ $离子在一个共同的光学势中的俘获。我们以$ 370 ~ μK $制备了$ \text{Ba}^+ $,并证明了一次碰撞后$100 ~ μK $的有效交感神经冷却。我们的方法目前受到$ \text{Rb}$密度和相关三体损耗的限制,但它克服了由RF驱动的微动感应加热设置的RF陷阱的基本限制。它适用于广泛的离子-原子物种,并可能使新的超冷化学实验和复杂的多体动力学。
2019-09-18 physics.atom-ph quant-ph
Cooling atomic ions with visible and infra-red light
我们证明了加载,冷却和检测单电荷的钙离子在表面电极陷阱,仅使用可见光和红外激光的捕获离子控制的能力。相对于使用偶极允许跃迁的冷却的标准方法,我们结合了在729 nm处的四极跃迁的功率加宽与在854 nm处使用偶极允许跃迁的上能级的淬灭。通过观察产生的393 nm荧光,我们能够执行离子的无背景检测。我们表明,该系统可以用来顺利过渡之间的多普勒冷却和边带冷却制度,并验证整个这个范围内的理论预测。我们实现了散射率,可靠地允许碰撞事件后重新冷却,并允许离子从热原子束加载。这项工作与光波导的最新进展相兼容,从而为大规模量子信息处理开辟了一条道路。在电介质材料靠近捕获离子放置的情况下,它具有使用不会导致显著充电的波长的额外优点,这应该有助于远程保持的离子之间的高速率光学接口。
2017-07-26 physics.atom-ph quant-ph
Low-SWaP Magneto-optical Trap using both Planar Optical and Magnetic Components
Huazhong University of Science and Technology(华中科技大学);Wuhan National Laboratory for Optoelectronics(武汉光电国家实验室);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Chinese Academy of Sciences(中国科学院);University of Cambridge(剑桥大学);Kyung Hee University(庆熙大学)
本文提出了一种低SWaP磁光陷阱,通过平面光学和磁性组件的集成,实现了紧凑、节能的冷原子系统。
2026-02-13 physics.atom-ph
Dual-Isotope Sympathetic Cooling in a Long Ion Chain
Duke University(杜克大学)
本研究针对长离子链的运动加热问题,提出一种无需量子比特操作的双同位素协同冷却方案,可在室温下维持量子比特相干性,为降低长离子链门错误及模拟开放量子系统提供了关键支持。
2026-08-25 physics.atom-ph quant-ph
Tank-Circuit Assisted Coupling Method for Sympathetic Laser Cooling
本文讨论了两种离子在单独的潘宁阱中通过一个共同的储能电路运动的耦合。通过测量两个耦合离子的运动模式的避免交叉行为,证明了由槽路辅助的耦合的增强。提出了一种间歇式激光冷却的共振冷却方法,并给出了理论描述。该技术能够调谐两个离子物种在单独的陷阱之间的耦合强度,从而允许有效的交感冷却的任意类型的单离子的高精度潘宁阱实验。
2021-04-08 physics.atom-ph quant-ph
Buffer gas cooling of a trapped ion to the quantum regime
在尽可能低的温度下,用囚禁的离子和原子气体进行精确的量子测量已经取得了巨大的进展。这些成功激发了将这两个系统合并的想法。通过这种方式,人们可以研究量子流体中离子杂质的独特性质,或者探索捕获离子量子计算机的缓冲气体冷却。值得注意的是,尽管原子-离子混合物实验很重要,但它仍然严格限于经典碰撞体系。本文报道了镱离子在超冷锂气体中的碰撞能量为$s$波能量的1.15(0.23)倍(或9.9(2.0)~ $μ$ K)。通过对自旋交换动力学的研究,我们观察到了与经典朗之万理论的偏离,表明了原子-离子碰撞中的量子行为。我们的研究结果开辟了许多机会,如探索原子离子费什巴赫共振,在类比中性系统。
2019-07-25 physics.atom-ph quant-ph
Simulations of sawtooth-wave adiabatic passage with losses
给出了基于锯齿波绝热通道(SWAP)的冷却模拟结果,包括粒子数泄漏到循环转变之外的状态的可能性。与多普勒冷却相比,可以基本上抑制群体泄漏的量,这对于难以再泵回循环过渡的系统可能是有用的。在模拟束流的慢化时,对泄漏粒子数的抑制比在冷却热分布时更有效。正如预期的那样,计算的泄漏人口与自发发射的分支比表明,抑制是更有效的窄线宽的过渡。在该限制中,即使当循环过渡的分支比大于10%时,使用SWAP来减慢射束也可能值得追求。
2019-09-25 physics.atom-ph
Efficient ground-state cooling of large trapped-ion chains with an EIT tripod scheme
我们报道了一个大的囚禁$^{171}$ Yb $^+$离子链的电磁感应透明(EIT)冷却到量子基态。与传统的EIT冷却不同,我们采用了四层三脚架结构,并在所有运动模式下实现了快速的亚多普勒冷却。我们观察到同时基态冷却整个完整的横模谱的$40$离子,占用超过$3$ MHz的带宽。观察到冷却时间小于$300\,μ$ s,与离子数无关。这种在整个光谱范围内的有效冷却对于使用量子模拟器或量子计算机的捕获离子晶体的高保真量子操作至关重要。
2020-04-27 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Electron swaps and the stopping of protons by hydrogen
研究了氢阻止质子过程中电子交换的相关性。为此,使用经典轨迹蒙特卡罗方法来计算k-停止截面,即在碰撞期间发生k-交换的情况下的停止截面。据发现,电子交换可以用来标记电子轨迹,因为它似乎相当好地描述了碰撞过程中的电子-离子相互作用的程度。取决于离子能量,进入停止截面的交换的数量可以变化。在keV范围内,交换的数量可以大到五个或更多,而在更大的能量下,只有三个或更少的电子交换可能发生在与停止相关的碰撞中。
2009-08-20 physics.atom-ph physics.comp-ph
Cooling of trapped ions by resonant charge exchange
两种最广泛使用的离子冷却方法是激光冷却和通过弹性碰撞(EC)的感应冷却。在这里,我们展示了另一种冷却离子的方法,该方法是基于被困离子和超冷母原子之间的共振电荷交换(RCE)。具体地,被捕获的Cs $^{+}$离子通过与共捕获的超冷Cs原子的碰撞以及分别通过与共捕获的超冷Rb原子的碰撞而冷却。我们观察到Cs原子对Cs $^{+}$离子的冷却比Rb原子对Cs $^{+}$离子的冷却更有效。这表明除了Cs-Cs $^{+}$情况下的弹性离子-原子碰撞通道之外,还存在一种冷却机制,即通过RCE冷却。通过实验确定了RCE的冷却效率,发现碰撞前冷却比EC冷却高两个数量级。这一结果为进一步研究原子-离子杂化系统中电子跳跃电荷输运提供了实验依据。
2018-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Ion-neutral sympathetic cooling in a hybrid linear rf Paul and magneto-optical trap
离子和中性原子之间的长程极化力导致大的弹性散射截面,例如,10^6 a.u. Na+对Na或Ca+对Na在冷和超冷温度下。这表明,混合离子中性阱应该提供一个原子或分子离子显着的交感冷却的一般手段。我们提出SIMION 7.0模拟结果的优点和限制的交感冷却内的混合陷阱装置,由一个线性的RF保罗陷阱同心与钠磁光阱(MOT)。本文探讨了各种加热机制对混合系统的影响,以及与MOT,Paul陷阱,离子数量和离子种类相关的参数如何影响交感冷却的效率。
2012-08-31 physics.atom-ph physics.plasm-ph quant-ph
Integrated-Photonics-Based Systems for Polarization-Gradient Cooling of Trapped Ions
Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院电子研究实验室);Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院林肯实验室)
本文提出利用集成光子学实现阱离子的极化梯度冷却,首次实验演示了该技术,提升了阱离子系统的计算效率。
2024-11-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Resistive and sympathetic cooling of highly-charged-ion clouds in a Penning trap
我们目前的测量电阻和交感冷却的离子云限制在潘宁陷阱。对于由一个离子种类组成的云的电阻冷却,我们观察到一个显着的偏离指数冷却行为,这是由能量传递模型解释。所观察到的交感神经冷却的同时限制的离子物种显示二次依赖于离子的电荷状态,因此与预期的稀释非中性等离子体的物理。
2014-10-31 physics.atom-ph
Resistive cooling of highly charged ions in a Penning trap to a fluid-like state
我们已经进行了详细的实验研究,如Ar $^{13+}$在低温潘宁阱的高电荷离子的大合奏电阻冷却。与[M. Vogel等人,Phys. Rev. A,043412(2014)],当选择条件以允许离子的碰撞热化时,我们观察到纯指数冷却行为。我们提供的证据表明,在这种情况下,电阻冷却时间常数和最终温度是独立的初始离子能量,和热化离子合奏的冷却时间常数是相同的单离子冷却时间常数。对于足够高的离子数密度,我们的测量表明运动共振谱的不连续性,这表明当冷却到低于约14 K的温度时,离子系综过渡到流体状状态。在最终离子温度目前为7.5K的情况下,期望最高电荷状态的离子仅通过电阻冷却形成离子晶体,特别是不需要使用激光冷却。
2018-09-23 physics.atom-ph
Simultaneous cooling of axial vibrational modes in a linear ion-trap
为了将捕获的离子的集合用于其中振动态的良好定义的制备是必要的实验,所有振动模式必须被冷却以确保离子的量子态的精确和可重复的操纵。提出了一种同时冷却所有轴向振动模边带的方法。通过施加磁场梯度,修改每个离子的吸收光谱,使得不同振动模式的边带共振重合。然后用单色电磁辐射在光学或微波范围内照射离子串,用于边带激发。这种冷却方案进行了详细的数值研究。它的应用初始化离子串量子信息处理进行了广泛的讨论。
2005-06-07 cond-mat.other physics.atom-ph quant-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
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
3D Sisyphus Cooling of Trapped Ions
利用激光偏振梯度,在线性Paul阱中实现了对处于Lamb-Dicke区及其附近的$^{171}$ Yb $^+$离子的3D Sisyphus冷却.的冷却速率和最终的平均动能的一个单一的离子的特征在于作为激光强度的函数,并比较半经典和量子模拟。西西弗斯冷却也适用于一个线性串的四个离子,以获得1-3个量子的平均能量的所有振动模式,一个大约数量级的减少低于多普勒冷却的能量。这用于实现随后的有效边带激光冷却。
2016-03-03 physics.atom-ph
Cooling dynamics of a single trapped ion via elastic collisions with small-mass atoms
本文研究了单个离子在小质量超冷原子缓冲气体中的共振冷却。有效的碰撞冷却是通过抑制碰撞诱导加热来实现的。我们试图用一个简单的速率方程模型来解释实验结果,并对每次碰撞的冷却效率进行定量讨论。我们在这项工作中获得的知识是一个重要的组成部分,推进技术的离子与中性原子的交感冷却。
2018-01-31 physics.atom-ph
Efficient sympathetic cooling in mixed barium and ytterbium ion chains
本文研究了钡镱混合链中线性射频阱中径向离子运动的共振冷却。钡离子是多普勒冷却的,而镱离子通过与冷的钡离子相互作用而冷却。我们通过测量离子链中所有径向正常运动模式的平均占据量子数和温度来估计交感冷却的效率。两个钡和两个镱离子的链中的全套顺序已被探测,我们表明,所有链配置的平均热占据数强烈依赖于陷阱的纵横比。我们证明了有效的交感冷却的陷阱的纵横比约为2.9的所有径向正常模式。
2021-04-21 physics.atom-ph
Near ground-state cooling of two-dimensional trapped-ion crystals with more than 100 ions
我们研究,从实验和理论上,电磁诱导的透明冷却的鼓面模式的平面2维阵列与高达$N\approx 190$是${}^+$离子存储在潘宁陷阱。对于所有$N$鼓面模式,观察到大量的亚多普勒冷却。质心模式的定量测量显示近基态冷却与$200~μs$内获得的$\bar{n} = 0.3\pm0.2$的运动量子数。测得的冷却速率比单粒子理论预测的要快,与量子多体计算一致。对于较低频率的鼓面模式,定量的温度测量受到明显的阻尼和频率不稳定性的限制,但强烈建议近基态冷却的全带宽。这一进展将大大提高大囚禁离子晶体在量子信息和量子精密测量应用中的性能。
2018-09-17 physics.atom-ph
Rapid crystallization of externally produced ions in a Penning trap
研究了外加镁离子在潘宁阱中的冷却动力学、形成过程和介观晶体的几何结构。我们提出了一个冷却模型和测量的缓冲气体冷却和激光冷却的组合,已被发现,以减少离子动能的8个数量级,从几百eV到micro-eV及以下的几秒钟内。随着1000至100000的数量级的离子数,这样的冷却导致离子库仑晶体的形成,其显示与非中性等离子体理论一致的特征壳结构。我们显示的生产和表征的两种离子晶体作为一种手段的交感神经冷却的离子缺乏一个合适的激光冷却过渡。
2016-09-22 physics.atom-ph
Modeling near ground-state cooling of two-dimensional ion crystals in a Penning trap using electromagnetically induced transparency
潘宁陷阱,具有控制数十到数百个离子的平面晶体的能力,是多功能的量子模拟器。横向于离子晶体平面的运动鼓面模式的热占据降低了量子模拟的质量。利用电磁感应透明的激光冷却(EIT冷却)作为一种快速将鼓面模初始化到接近基态占据的有效方法是有吸引力的。我们数值研究的效率EIT冷却平面离子晶体中的潘宁陷阱,占所产生的复杂性的陷阱的性质和从同时冷却的多个离子。我们表明,尽管面临挑战,鼓面模式(数百千赫)的大带宽可以迅速冷却到近基态职业在几百微秒。我们的预测的质量中心模式包括几十微秒的冷却时间常数和增强的冷却速率与离子的数量增加。NIST潘宁阱中EIT冷却的成功实验演示[E. Jordan,K. A. Gilmore,A. Shankar,A. Safavi-Naini,M. J. Holland和J. J. Bollinger,“近基态冷却的二维捕获离子晶体超过100个离子”,(2018),提交。验证我们的预测。
2018-09-18 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus physics.atom-ph
Feedback Cooling and Thermometry of a Single Trapped Ion Using a Knife Edge
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg(埃尔朗根-纽伦堡大学);Max Planck Institute for the Science of Light(马克斯·普朗克光科学研究所);University of Ottawa(渥太华大学)
本文首次通过电子反馈将单个被俘离子冷却至多普勒极限以下,利用荧光成像和刀刃检测实时监测离子运动并生成反馈信号,实现温度测量与冷却。
2026-07-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Systematic study of tunable laser cooling for trapped-ion experiments
本文结合理论模拟与单$^{172}$Yb$^+$离子实验,系统研究猝灭边带冷却的最优条件及不同冷却机制,并揭示Fock态非热分布对光钟时间膨胀频移的影响。
2023-01-09 physics.atom-ph