Trapped Ion Quantum Computing using Optical Tweezers and Electric Fields
我们提出了一种新的可扩展的架构，囚禁离子量子计算，结合光镊提供量子位态依赖的本地电位与振荡电场。由于电场允许仅由离子晶体的质心运动介导的远程量子位-量子位相互作用，因此其固有地可扩展到大离子晶体。此外，我们提出的方案不依赖于任何基态冷却或Lamb-Dicke近似。我们研究了离子晶体的不完全冷却的影响，以及不必要的量子位运动纠缠的作用，并讨论了在实验室中实现状态依赖的镊子的前景。
2021-06-14 physics.atom-ph quant-ph
MW-Optical Double Resonance in $^{171}{Yb}^+$ Trapped Single Ion and its Application for Precision Experiments
我们采用了12.6 GHz的微波跃迁共振的一个单一的捕获$^{171}$ Yb+离子，以准确地测量的大小和相对取向的磁场和光学电场的离子在陷阱中的位置。这些领域的准确知识是需要精密实验，如单离子PNC。作为原理的证明，我们测量了由于369 nm冷却激光引起的基态超精细能级的偏振相关光位移，以确定其电场幅度和偏振。
2013-04-21 physics.atom-ph
High-resolution spectroscopy on cold electrically trapped formaldehyde
我们提出了精确的光谱电捕获甲醛（H $_2$ CO），展示了关键属性，这将使分子光谱前所未有的精度。我们的方法利用了一个微结构的电陷阱与均匀的领域在陷阱中心和旋转过渡与最小的斯塔克扩大在“魔术”偏移电场。使用通过光电西西弗斯冷却到低毫开尔文温度制度的分子，我们减少斯塔克展宽的$J=5\leftarrow4$（$K=3$）过渡在364 GHz远低于1 kHz，观察多普勒限制线宽下降到3.8 kHz，并确定与子kHz的不确定性的线的位置。我们的研究结果和明确的前景，甚至更窄的光谱铺平了道路，对不同的分子物种的陷阱精密光谱。
2018-07-17 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Ultracold mercury-alkali molecules for electron electric dipole moment searches
重极性双原子分子是寻找电子永久电偶极矩（eEDM）的主要候选者。下一代eEDM搜索实验理想地需要极大的相干时间，在大量对eEDM具有高灵敏度的捕获分子中。我们考虑一个家族的分子，汞碱金属化合物，可以从超冷原子可行地产生。我们目前的有效电场所经历的电子在这些分子的计算。合理大的有效电场的组合，并获得捕获的超冷样品的直接路径，导致我们确定这些分子作为eEDM搜索实验的有利候选人。
2018-12-23 physics.atom-ph
Rotational state detection of electrically trapped polyatomic molecules
当诸如共振增强多光子电离（REMPI）或激光诱导荧光（LIF）等标准技术不起作用时，检测极性分子的内部状态是一个重大挑战。由于这是大多数多原子分子物种的情况下，我们在这里调查的基础上选择性地去除分子的电捕获合奏的替代方案。具体来说，我们通过驱动旋转和/或振动跃迁到未捕获状态来耗尽分子。用这种方法完全解析旋转状态可能是一个相当大的挑战，因为各种跃迁之间的频率差很容易基本上小于电阱中的斯塔克展宽。然而，利用一个独特的陷阱设计提供均匀的领域在一个大部分的陷阱体积，我们成功地歧视所有的旋转量子数，包括旋转M-子状态。
2014-11-28 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Motional studies of one and two laser-cooled trapped ions for electric-field sensing applications
我们研究了一个和两个激光冷却捕获的$^{40}$ Ca $^+$离子的动力学通过施加不同性质的电场沿轴向的陷阱，即，驱动的运动与谐波偶极场，或与白噪声。这两种类型的驱动诱导不同的运动状态的轴向模式;相干振荡的偶极场，或增强的布朗运动由于额外的贡献，从电噪声的加热速率。在这两种情况下，一个孤立的离子和激光冷却的双离子晶体的灵敏度进行了评估和比较。这种动力学的分析和理解是重要的实现一种新的潘宁阱质谱技术的基础上，光学检测，旨在提高精度和灵敏度。
2017-08-22 physics.atom-ph quant-ph
Phase-coherent sensing of the center-of-mass motion of trapped-ion crystals
被俘获的离子是激发离子运动的弱力和电场的灵敏探测器。在这里测量的质心运动的捕获离子晶体是相位相干的施加弱外力的报告。这些实验进行远离陷阱运动频率的二维捕获离子晶体约100个离子，并确定我们的协议的基本测量不精确度与质心模式相关的噪音。驱动的正弦位移的晶体检测通过耦合的离子晶体运动的内部自旋自由度的离子，使用振荡的自旋相关的光偶极子力。由此产生的诱导自旋进动与晶体的位移幅度成比例，并且以近投影噪声限制的分辨率测量。一个$49\,$ pm位移检测与一个单一的测量信号噪声比为1，这是一个数量级的改善，在以前的相位不相干的实验。该位移幅度比零点波动小$40$倍。利用我们的重复率，实现了$8.4\,$ pm $/\sqrt{\mathrm{Hz}}$位移灵敏度，这意味着分别对力和电场的$12\,$ yN $/\mathrm{ion}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$和$77\,μ$ V $/$ m $/\sqrt{\mathrm{Hz}}$灵敏度。当与质心模式共振应用时，该位移灵敏度分别指示弱力和电场检测低于$10^{-3}\,$ yN/ion和$1\,$ nV/m的可能性。
2020-07-31 physics.atom-ph
A precision measurement of the electron's electric dipole moment using trapped molecular ions
我们描述了第一次精密测量的电子的电偶极矩（eEDM，$d_e$）使用捕获的分子离子，证明了应用程序的自旋询问时间超过700毫秒，以实现高灵敏度和严格的拒绝系统误差。通过电子自旋共振波谱在其亚稳态$^{3}Δ_{1}$电子状态下的$^{180}{\rm Hf}^{19}{\rm F}^{+}$，我们得到了$d_e = (0.9 \pm 7.7_{\rm stat} \pm 1.7_{\rm syst}) \times 10^{-29}\,e\,{\rm cm}$，从而得到了$|d_e| < 1.3 \times 10^{-28}\,e\,{\rm cm}$的上限（90%置信度）。我们的结果提供了对$|d_e| < 9.3 \times 10^{-29}\,e\,{\rm cm}$当前上限的独立确认[J. Baron $\textit{et al.}$，Science $\textbf{343}$，269（2014）]，并提供了在不久的将来改进该极限的潜力。
2017-04-25 hep-ex physics.atom-ph
Quantum-enhanced sensing of displacements and electric fields with large trapped-ion crystals
将超冷原子系统的隔离和控制发展到单量子的水平已经导致了量子传感的重大进展，但是通过利用纠缠在现实世界的应用中展示量子优势仍然是一项核心任务。在这里，我们实现了一个多体量子增强传感器检测微弱的位移和电场使用大晶体的$\sim 150$捕获的离子。晶体的质心振动模式作为高Q机械振荡器，集体电子自旋作为测量装置。通过在施加位移之前纠缠振子和集体自旋，并通过多体回波控制相干动力学，我们能够利用精细的自旋运动纠缠将位移映射到自旋旋转中，从而避免量子反作用并消除有害的热噪声。我们报告量子增强的灵敏度低于标准的量子极限和灵敏度测量电场的$240\pm10~\mathrm{nV}\mathrm{m}^{-1}$在$1$秒（$240~\mathrm{nV}\mathrm{m}^{-1}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$）的$8.8 \pm 0.4~$ dB的位移。
2021-03-15 physics.atom-ph quant-ph
A comparison of continuous and pulsed sideband cooling on an electric quadrupole transition
该研究针对初始运动在兰姆-迪克区外的$^{40}$Ca$^+$离子，对比连续与脉冲边带冷却的效率，经模拟与实验验证优化后二者效果相近，同时发现边带比法测得的平均声子数与运动态分布平均得到的结果存在差异。
2024-03-07 physics.atom-ph
Quantum computation with trapped polar molecules
我们提出了一种新的量子计算机的物理实现。量子比特是超冷双原子分子的电偶极矩，沿着或逆着外部电场取向。单个分子保持在1-D陷阱阵列中，具有电场梯度，允许每个位点的光谱寻址。位通过电偶极-偶极相互作用耦合。使用与已经展示的技术类似的技术，这种设计可以合理地导致具有$\gtrsim 10^4$量子比特的量子计算机，其可以在$\sim 5$ s的预期去相干时间内执行$\sim 10^5$ CNOT门。
2001-10-27 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Observation of Interactions between Trapped Ions and Ultracold Rydberg Atoms
报道了在Paul阱中观察到的超冷里德伯原子与离子的相互作用。观察到的非弹性碰撞，表现为里德伯原子和离子之间的电荷转移，其速率超过基态原子的朗之万碰撞约三个数量级。这表明相互作用强度的巨大增加。研究了空位Paul阱的电场对里德堡激发谱的影响。为了定量描述离子损失谱的形状，我们需要包括离子诱导的里德伯原子的斯塔克位移。此外，我们证明了里德堡激发的偶极禁戒跃迁的电场的援助下，一个单一的被困离子。我们的结果证实了超冷原子与囚禁离子之间的相互作用可以通过激光耦合到里德伯态来控制。添加动态里德伯敷料可以允许在原子和离子之间产生自旋-自旋相互作用，并且消除由于原子-离子混合物中的离子微动引起的碰撞加热。
2019-07-02 physics.atom-ph
Electric-field-controlled cold dipolar collisions between trapped CH$_3$F molecules
达到高密度是多原子分子冷碰撞实验的关键一步。我们使用冷冻离心机加载多达2个$\times10^7$ CH $_3$ F分子到盒状电阱中，在约350 mK的温度下实现高达10 $^7$/cm $^3$的密度，其中弹性偶极横截面超过7 $\times$ 10 $^{-12}$ cm $^2$。我们测量的非弹性速率常数低于4 $\times$-10 $^{-8}$ cm $^3$/s和控制这些通过调整一个均匀的电场，覆盖了大部分的陷阱体积。与从头计算的比较，偶极弛豫得到了很好的协议。我们的技术和发现是通用的，并立即为其他冷分子碰撞实验相关。
2022-04-26 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Effects of electrode surface roughness on motional heating of trapped ions
电场噪声是囚禁离子量子计算中运动加热的主要来源。虽然已经在贴片电势和表面吸附物模型中研究了阱电极几何形状对电场噪声的影响，但是电流理论仅考虑光滑表面。粗糙度的影响，表面电极的一个普遍存在的功能，知之甚少。我们研究它的影响电场噪声推导出一个粗糙的表面格林函数和评估其对吸附物表面结合能的影响。在低温下，加热速率的贡献，从吸附物预测表现出指数的敏感性，局部表面曲率，导致一个大的净增强或抑制光滑表面。对于典型的实验参数，总加热速率的数量级变化可以发生依赖于吸收的空间分布。通过仔细设计电极表面轮廓，我们的研究结果表明，加热速率可以调整的数量级。
2016-05-09 physics.atom-ph quant-ph
Compensation of the trap-induced quadrupole interaction in trapped Rydberg ions
分析了里德伯离子的里德伯电子态与离子阱的射频电场之间的四极相互作用。这种耦合对于被俘获离子的最低能级是可以忽略的，但是对于被俘获的里德伯离子由于其大的电偶极矩而是重要的。这种耦合不能被标准驻波近似忽略，因为它与俘获电场的频率相当。我们调查的四极耦合的效果进行适当的有效表示的哈密顿量。对于一个单一的离子，我们表明，在这个有效的图片的四极相互作用被取代的重新缩放的激光强度和额外的斯塔克移动的里德伯能级。因此，这种有害的四极耦合可以通过适当增加拉比频率来有效地补偿。此外，我们考虑了在四极耦合存在下里德伯离子对之间的强偶极-偶极相互作用。在有效表象中，我们观察到偶极-偶极耦合的减少以及额外的自旋-自旋相互作用。
2019-02-04 physics.atom-ph quant-ph
A trapped-ion local field probe
我们介绍了一种测量方案，利用一个单一的离子作为本地场探针。离子被限制在一个分段的保罗阱中，并穿梭于不同的探测位置。通过使用单原子探针，可以在毫米的广泛区域内以几nm的空间分辨率表征场。我们证明了该计划，通过准确调查的电场提供约束的离子。为此，我们提出了产生这些潜力所需的所有理论和实践方法。我们发现子百分之协议之间的测量和计算的电场值。
2010-03-19 physics.atom-ph quant-ph
Measurements of trapped-ion heating rates with exchangeable surfaces in close proximity
来自离子阱电极表面的电场噪声耦合到离子的电荷，导致离子运动模式的加热。这种加热限制了在量子信息处理实验中实现的量子门的保真度。从表面产生电场噪声的确切机制还没有得到很好的理解，仍然是一个活跃的研究领域。在这项工作中，我们详细的实验旨在测量离子运动加热速率与可交换的表面定位在靠近离子，作为电场噪声的传感器。我们已经准备了各种表面条件的样品，其特征在于在原位扫描探针显微镜和电子光谱，范围内的清洁度和结构顺序。然而，加热速率数据显示，探测的不同表面之间没有显著差异。这些结果表明，电场噪声从表面的驱动机制是由于不仅仅是热激发。
2017-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Precision Spectroscopy of Polarized Molecules in an Ion Trap
极性分子是量子模拟和冷化学的理想体系。分子离子很容易被捕获，但施加一个偏置电场来捕获它们，往往会加速它们离开陷阱。我们提出了一个一般的解决方案，这个问题的旋转偏置场慢到足以分子极化轴遵循，但足够快的离子保持被困。我们证明了180 Hf 19 F+斯塔克-塞曼子能级之间的拉姆齐光谱的相干时间为100毫秒。从良好控制的拓扑（Berry）相位所产生的频移被用来确定磁g-因子。双折射偏置场技术可以使得能够使用捕获的极性分子用于精确测量和量子信息科学，包括对电子电偶极矩的搜索。
2013-11-13 physics.atom-ph
Microwave state transfer and adiabatic dynamics of magnetically trapped polar molecules
具有非零电子角动量的冷和超冷极性分子在量子化学和控制、新量子体系的研究以及精密测量等方面具有重要的意义。然而，在混合电场和磁场中，这些分子一般受到一个大的避免交叉之间的塞曼子级，在磁陷阱，这些交叉导致扭曲的电位和陷阱的电偏置场的损失。我们的特点是这些交叉的OH微波转移捕获的OH分子从上层|f; M = +3/2>奇偶校验状态到较低|e; +3/2>态，并观察了它们在外加偏置电场下的陷阱动力学。我们的观察是很好地描述了一个简单的朗道-齐纳模型，产生洞察力丰富的光谱和动力学的极性自由基在混合外场。
2011-08-24 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Arbitrary Waveform Generator for Quantum Information Processing with Trapped Ions
限制在多电极陷阱中的原子离子已经被提出作为可扩展的量子信息处理的基础。该方案涉及通过使用时变电势结合用于特定位置中的量子逻辑的激光或微波脉冲在空间上不同的位置之间传输离子。我们报告了一个快速的多通道任意波形发生器的发展，适用于运输和整形量子逻辑脉冲的时变电势。该发生器是基于一个现场可编程门阵列控制的16位数字模拟转换器与更新频率为50 MHz和$\pm$ 10 V的输出范围的合奏。波形发生器的更新速率比在我们的实验中的约束离子的相关运动频率快得多，允许非绝热控制的离子运动。可以选择多组预加载的时变电压，延迟为40 ns，以实时信号为条件。在这里，我们描述了该设备，并展示了它的一些使用离子为基础的量子信息实验，包括离子传输的速度和激光和微波脉冲的整形。
2013-02-28 physics.atom-ph
Minimizing rf-induced excess micromotion of a trapped ion with the help of ultracold atoms
我们报告的补偿过度微动由于寄生射频电场在保罗陷阱。寄生rf-电场源于Paul阱驱动器，但例如由于Paul阱的设置中的缺陷而导致过度的微动。我们通过向Paul陷阱电极施加相同频率但具有足够相位和振幅的RF电压来补偿这些场。通过研究囚禁离子与超冷中性原子气体的弹性碰撞速率，探讨了微运动的大小。此外，我们还证明了反应碰撞可以用来量化微动。我们实现的补偿效率约为1 $\:\text{Vm}^{-1}$，这是与其他传统的方法。
2019-05-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Implications of surface noise for the motional coherence of trapped ions
由于离子的运动加热，来自金属表面的电噪声是捕获离子的量子应用的主要障碍。在这里，我们讨论如何相同的噪声源也可以导致纯粹的运动量子态的退相。该机制是特别相关的小离子表面的距离，从而施加了一个新的约束陷阱小型化。用自由感应衰减实验测量了Cu-Al表面上方50~ $μ$ m处单离子运动的退相时间。从失相时间，我们提取的离子的长期频率以下的集成噪声。我们发现，没有一个最常见的讨论离子阱的表面噪声模型描述了这两个，所观察到的加热以及测得的失相，令人满意。因此，我们的测量提供了一个基准，为未来的模型，由金属表面发出的电噪声。
2016-02-23 physics.atom-ph quant-ph
Measurement method for the nuclear anapole moment of laser trapped alkali atoms
原子核内的弱相互作用产生一个违反电磁矩的依赖于原子核自旋的宇称。在重核中，阿那普尔矩是自旋相关原子宇称破坏的主要贡献。分析了一种通过超精细基态间的电偶极跃迁测量原子核的再极点矩的方法。该方法需要严格限制的原子，将它们定位在一个驻波的腹驱动的anapole诱导的E1跃迁。我们探讨了必要的限制，在原子的数量，激发场，陷阱类型，询问方法，和必要的系统测试，这样的测量，最重的碱。
2007-01-22 physics.atom-ph
Trapping of Neutral Rubidium with a Macroscopic Three-Phase Electric Trap
我们将中性基态铷原子囚禁在一个基于纯电场的宏观陷阱中。为此，三个静电场配置以周期性方式交替。铷在磁光阱中预冷，转移到磁阱中，然后转移到电阱中。电阱由六个立方体排列的杆状电极组成，提供充足的光学通路。在三相电阱中，初始温度约为20微开的情况下，已经捕获了多达10^5个原子。观测结果与详细的数值模拟结果吻合良好。
2007-07-11 physics.atom-ph
Optical nuclear electric resonance as single qubit gate for trapped neutral atoms
本研究利用光学核电子共振技术，在$^{87}$Sr中实现快速稳健的单量子比特门，通过精确控制自旋跃迁提升量子存储器等技术的性能。
2025-12-03 physics.atom-ph quant-ph
Large Effects of Electric Fields on Atom-Molecule Collisions at Millikelvin Temperatures
利用外场控制冷分子之间的相互作用可以阐明量子力学在分子碰撞中的作用。我们建立了一个新的实验平台，其中超冷铷原子和冷氨分子分别被磁场和电场捕获，然后结合起来研究碰撞。我们观察到的非弹性过程比预期的更快，从早期的无场计算。我们使用量子散射计算表明，电场可以有一个重大的影响碰撞的结果，即使在没有偶极-偶极相互作用。
2011-01-14 physics.atom-ph
Nonadiabatic transitions in electrostatically trapped ammonia molecules
非绝热跃迁是磁阱中原子的主要损失通道，但迄今为止还没有被捕获分子的实验报道。我们已经观察到和量化的损失，由于非绝热转换为三个同位素的氨在静电阱中，通过比较陷阱的捕获时间与零和非零的电场在中心。非绝热转变被认为是占主导地位的整体损失率，即使在相对较高的温度为10-50 mK的样品。
2009-06-18 physics.atom-ph physics.chem-ph
Measuring Electric Fields From Surface Contaminants with Neutral Atoms
在本文中，我们展示了一种技术，利用磁捕获的中性Rb-87原子测量的大小和方向的杂散电场从表面污染物。我们施加一个交变的外部电场，它以这样一种方式增加（或减少）杂散场，从而共振地驱动被困原子进入机械偶极振荡。振荡幅度的增长率提供了关于杂散场梯度的大小和符号的信息。利用这种测量技术，我们能够重建由表面污染物产生的矢量电场。此外，我们可以精确地测量有意放置在表面上的吸附原子产生的电场，并解释它们的系统效应，这可能会困扰精确的表面力测量。我们表明，烘烤基板可以减少从吸附物发出的电场，减少的机制可能是表面扩散，而不是解吸。
2007-06-22 cond-mat.soft physics.atom-ph
High-resolution 'magic'-field spectroscopy on trapped polyatomic molecules
在冷却和捕获分子的快速进展，使第一个实验的高分辨率光谱的捕获双原子分子，有希望前所未有的精度。将这项工作扩展到多原子分子提供了独特的机会，由于更复杂的几何形状和额外的内部自由度。在这里，这是通过结合一个磁场微结构的电陷阱，旋转过渡与最小的斯塔克加宽在“魔术”偏移电场，和光电西西弗斯冷却的分子到低毫开尔文温度制度。因此，我们减少斯塔克展宽的$J=5\leftarrow4$（$K=3$）过渡的甲醛在$364\,$ GHz远低于$1\,$ kHz，观察多普勒限制线宽下降到$3.8\,$ kHz，并确定“魔”场线位置的不确定性低于$100\,$ Hz。我们的方法为研究不同的多原子分子物种提供了多种可能性。
2021-10-21 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
AC electric trapping of neutral atoms
研究了超冷中性原子在宏观交流电阱中的动力学行为。这种陷阱的限制是通过在电场的两个鞍点配置之间切换来实现的。逐渐形成一个稳定的陷阱云观察和陷阱的性能进行了研究与开关频率和开关周期的对称性。此外，通过对原子云的成像，绘制出阱中的电场。最后，通过引入一个改进的开关周期，探讨了阱的相空间接受度。使用完整的三维轨迹计算再现的实验结果。
2008-04-14 physics.atom-ph
Spectroscopy on a single trapped 137Ba+ ion for nuclear magnetic octupole moment determination
我们提出了一个单一的捕获钡离子，137 Ba+的5D 3/2流形的超精细间隔的精确测量。超精细间隔的测量mF = 0的子级之间的范围内的磁场，使我们能够内插到零场值的精度低于几赫兹，以前的测量的三个数量级的改进。我们的结果，结合理论计算，提供了一个30倍的磁偶极子（A）和电四极（B）超精细常数的不确定性减少。此外，我们还得到了磁八极常数（C），其精度低于0.1 Hz。这给出了随后确定的核磁八极矩，Ω，与1%的不确定性几乎完全由理论计算的准确性限制。这是对137 Ba+八极矩的首次观测，也是迄今为止最精确的八极矩。
2012-07-04 physics.atom-ph
Observation of superconductivity and surface noise using a single trapped ion as a field probe
测量和理解来自块状材料和表面的电场噪声对于物理学的许多领域都是重要的。在这项工作中，我们介绍了一种方法来检测现场不同来源的电场噪声使用一个单一的捕获离子作为传感器。我们证明了探测电场噪声小到$S_E = 5.2(11)\times 10^{-16}\,\text{V}^2\text{m}^{-2}\text{Hz}^{-1}$，最低的噪声水平观察到一个被困的离子，以我们的知识。我们的装置采用了一个可控的噪声源，利用高温超导体。这个元素允许我们，首先，基准和验证我们的探头的灵敏度。第二，非侵入性地探测超导体的整体性质，首次观察到离子的超导转变。对于低于转变的温度，我们使用我们的设置来评估不同的表面噪声过程。测得的噪声显示在频域中的交叉制度，这不能用现有的表面噪声模型来解释。我们的研究结果为表面科学中的新模型开辟了前景，并为实验测试铺平了道路。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.atom-ph
vdW-corrected density functional study of electric field noise heating in ion traps caused by electrode surface adsorbates
为了实现离子阱量子计算机的全部潜力，需要更好地理解被捕获离子经历的运动加热。实验研究的温度，频率，和离子-电极距离依赖性的电场噪声负责运动加热，以及噪声之前和之后的离子轰击清洁的陷阱电极，表明吸附质偶极子的波动是一个可能的来源，所谓的“异常加热”，或运动加热的捕获的离子在一个比约翰逊噪声限制高得多的速率。先前的计算研究已经调查了模型吸附质偶极子的波动如何影响异常加热。然而，具体的吸附物影响的电场噪声的方式尚未被检查，在以前的研究中采用的电偶极子模型是准确的可能的吸附物的一小部分。在这里，我们分析了15个吸附质-电极组合在独立的波动偶极子模型内的面内和面外振动模式的行为，利用精确的第一性原理计算方法来确定表面诱导的偶极矩。我们发现吸附质的化学特性可以改变电场噪声的7个数量级，特别是软平面模式的弱吸附烃产生最大的噪声和离子加热。我们讨论了动态捕获的波动偶极模型，即吸附依赖的开启温度和电场噪声幅度，也讨论了该模型的失败再现测量的1/ $ω$噪声频率标度与一个单一的吸附物种。我们建议未来的研究方向，改进，定量预测模型的基础上扩展本框架的多个相互作用的吸附物。
2019-04-11 physics.atom-ph
A 3-dimensional scanning trapped-ion probe
针对射频囚禁场限制离子探针空间扫描灵活性的问题，研究提出基于 Penning trap 的单离子探针，实现距金属表面微米级距离的三维扫描，成功重建电磁场并绘制电荷分布，为表面科学提供了新工具。
2024-12-23 physics.atom-ph quant-ph
Static Laboratory-Frame Polarization of a Trapped Molecular Ion for CP-Violation Searches
本研究通过静态电场实现重分子离子的极化，为在静态电场中操作量子逻辑分子射频钟提供新方法，以探测CP破坏永久电偶极矩。
2025-11-26 physics.atom-ph quant-ph
Dipole-phonon quantum logic with trapped polar molecular ions
被捕获的分子离子的电偶极矩与受限库仑晶体的构型之间的相互作用将分子的取向与其运动耦合。我们考虑利用这种相互作用来初始化、处理和读出编码在分子离子量子比特中的量子信息而不需要光学照射分子的实际可行性。我们提出了两种方案，其中分子离子可以与共捕获的原子离子量子比特纠缠，提供了一种用于分子状态制备和测量的方法。我们还表明，虚声子交换可以显着提高分子间偶极-偶极相互作用的范围，允许广泛分离的分子离子量子比特之间的强耦合。
2019-09-05 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Control of Trapped Polyatomic Molecules for eEDM Searches
本研究实现了对囚禁超冷氢氧化钙分子单个量子态的相干控制，演示了电子电偶极矩搜索方法，通过采用近零磁敏的敏感态延长相干时间，为提升时间反演破缺物理的探测灵敏度奠定了基础。
2023-01-20 physics.atom-ph quant-ph
Coupling two laser-cooled ions via a room-temperature conductor
我们证明了两个独立捕获的离子与620 $μ$ m的分离距离的运动之间的耦合。离子-离子相互作用是通过一个室温电浮动金属线连接两个表面陷阱增强。调谐到共振的两个离子的运动，我们显示了11赫兹的耦合率的能量流。在我们的器件中，强表面电场噪声阻碍了量子相干耦合。我们的离子线离子系统表明，室温导体可用于调解和调谐独立捕获的电荷之间的相互作用超过自由空间偶极偶极耦合可实现的距离。该技术可用于同情地冷却或纠缠远程捕获的电荷，并实现不同物理系统之间的耦合。
2021-07-02 physics.atom-ph quant-ph
Surface science motivated by heating of trapped ions from the quantum ground state
在过去的25年里，从附近的电极表面捕获的离子的异常加热继续显示出意想不到的结果。由电场噪声引起的离子运动模式的加热仍然是用捕获离子进行可扩展量子计算的障碍。这种电场噪声的异常特征之一是报告的非单调行为的加热速率时，一个陷阱是逐步清洁离子轰击。出于这个结果，本工作报告的表面分析的样品离子阱电极处理类似的Ar $^+$离子轰击的增量剂量。开尔文探针力显微镜和X-射线光电子能谱学被用来研究如何在电极表面上的功函数变化取决于每个处理之间的残留污染物覆盖。结果表明，所制造的Au电极覆盖有烃膜，该烃膜在第一次处理后被改性，从而导致类似于Au上的原子状碳的功函数和核能级结合能。每个治疗的功函数的空间分布的变化，结合所建议的现象学的覆盖面和表面电位粗糙度依赖于加热，似乎与先前报道的非单调行为。
2021-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Evidence for multiple mechanisms underlying surface electric-field noise in ion traps
来自离子阱电极表面的电场噪声会限制捕获离子量子信息处理器中多量子比特纠缠操作的保真度，并且会引起捕获离子光学时钟中的系统误差。这种噪声的潜在机制是未知的，但它已被证明，可以通过高能离子轰击，或“离子铣削”的陷阱电极表面的噪声幅度降低。使用一个单一的捕获$^{88}$ Sr $^{+}$离子作为传感器，我们调查的温度依赖性的这种噪声之前和之后的非原位离子铣削的陷阱电极。在溅射铌和电镀金陷阱的陷阱电极温度范围为4 K至295 K的测量，我们看到了一个显着的变化，在离子铣削后的电场噪声的温度标度：在未经处理的表面的幂律行为被转化为Arrhenius行为处理后。处理后的温度缩放变得依赖于材料，以及，强烈表明不同的噪声机制在工作之前和之后的离子铣削。为了限制潜在的噪声机制，我们测量的电场噪声的频率依赖性，以及它对离子电极距离的依赖性，在室温下的铌陷阱之前和之后的离子铣削。这些结垢通过离子研磨是不变的。
2019-01-10 physics.atom-ph quant-ph
Suppression of non-adiabatic losses of molecules from chip-based microtraps
利用芯片上微结构电极产生的电场，可以引导、减速和捕获处于选定量子态的极性分子。在这里，我们将探讨如何在其中的分子被捕获的水平和其中的分子不被捕获的水平之间的非绝热跃迁可以被抑制。我们使用12-CO和13-CO（a 3-Pi（1），v=0）分子，制备在J=1转动能级的上λ-二重态分量中，并研究了陷阱损耗作为偏移磁场的函数。定量地解释了12-CO（13-CO）非绝热跃迁随磁场增加而被抑制（增强）的现象。
2011-03-23 physics.atom-ph
Integrated optical addressing of a trapped ytterbium ion
我们报告的加热速率和光致电荷的表征上的微加工表面离子阱集成波导。微加工表面离子阱作为量子信息平台，由于其可扩展性和可制造性而受到相当大的关注。在这里，我们的特点交付435 nm的光通过波导和衍射耦合器到一个单一的镱离子在一个紧凑的陷阱。我们在室温下测量$0.78\pm0.05$ q/ms的轴向加热速率，并且没有看到由于波导的存在而增加。此外，由于暴露的电介质外耦合器的充电引起的电场在初始移位之后在正常操作下稳定。稳定后的频率不稳定性测量为0.9 kHz。
2021-04-27 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Microwave-Dressing of Rydberg States in a Trapped Calcium Ion
本研究利用光场和微波场激发囚禁冷40Ca+离子的里德堡态，在n=49流形中观测了S和P态的微波修饰，实验结果与多能级计算吻合，为控制单离子及离子晶体里德堡态相互作用提供了重要依据。
2025-04-30 physics.atom-ph quant-ph
Relativistic VQE calculations of molecular electric dipole moments on trapped ion quantum hardware
本文提出在囚禁离子量子硬件上进行相对论 VQE 计算分子永久电偶极矩的方法，通过强化学习、ZX-Calculus 电路优化及误差缓解技术，将 12 量子比特电路双量子比特门数减少 99.71%，在 IonQ Forte-I 上实现与经典计算相比仅 -1.17% 的 PDM 误差。
2025-01-02 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Trap-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors with Improved RF Tolerance for Trapped-Ion Qubit State Readout
本文提出在射频离子陷阱中集成带接地铝镜屏蔽的 NbTiN 超导纳米线单光子探测器，可在 54V 峰值射频电势和 6K 温度下以 68% 系统探测效率工作，为可扩展量子计算中多种囚禁离子的并行高保真态读出提供支持。
2023-02-02 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.atom-ph
Ground-state cooling of a trapped ion using long-wavelength radiation
我们演示了使用射频（RF）辐射的囚禁离子的基态冷却。这是实现量子操作的有力工具，其中RF或微波辐射代替激光用于运动量子态工程。我们测量了边带冷却后$\overline{n} = 0.13(4)$的平均声子数，对应于基态占据几率为88（7）\%。在振动基态准备后，我们通过驱动n=0和n=1 Fock态之间的Rabi振荡来展示运动态工程。我们还使用基态冷却的能力来精确测量运动加热速率，并报告与我们先前测量的结果相比减少了近两个数量级，我们将其归因于仔细消除系统中的电噪声源。
2015-06-04 physics.atom-ph quant-ph
Trapped Rydberg Ions: From Spin Chains to Fast Quantum Gates
本文研究了束缚在线性Paul阱中的里德伯离子的动力学行为，讨论了在构成阱的静态和含时电场存在下离子里德伯态的性质。研究了多离子系统中的相互作用，导出了线性离子链的内电子态和外振子模的耦合方程。我们表明，强偶极-偶极离子之间的相互作用可以通过微波修整场实现。利用具有大量子亏损的低角动量态，可以将内部动力学映射到一个描述离子晶体中里德伯激发动力学的一对缀饰里德伯态的有效自旋模型上。我们证明了通过离子链的激发转移可以在纳秒的时间尺度上实现，并讨论了在离子链中实现快速双量子位门。
2008-04-19 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Vector Signal Analyzer: Wideband Electric Field Sensing via Motional Raman Transitions
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Challenge Institute for Quantum Computation, University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校量子计算挑战研究所）；Center for Quantum Science and Engineering, University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校量子科学与工程中心）
本文提出了一种利用单个被捕获离子的运动拉曼跃迁实现高精度宽带电场检测的方法，展示了其在频率、相位和幅度上的极高灵敏度，相比传统技术提升了800倍，并兼容量子放大和测量，具有显著的灵敏度提升潜力。
2024-10-07 physics.atom-ph quant-ph
Collective modes of a trapped ion-dipole system
我们研究了一个简单的模型，包括一个原子离子和一个极性分子被困在一个单一的设置，考虑到他们的静电相互作用。我们分析确定它们的集体激发模式作为它们的质量，捕获频率，距离和分子的电偶极矩的函数。然后我们讨论了这些集体激发在冷却分子、纠缠分子和离子以及实现它们之间的双量子比特门中的应用。最后，我们提出了一个数值分析的可能性，应用这些工具来研究磁有序相的极性分子的二维阵列，提出了量子模拟一些强相关模型的凝聚态物质的设置。
2013-12-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Trapping electrons in a room-temperature microwave Paul trap
我们在室温超高真空装置中，在1.6~GHz驱动下，演示了毫米级四极Paul阱中电子的捕获。冷电子通过里德伯态电离钙原子而被引入陷阱，并在微波和静态电场的限制下停留数十毫秒。这些电子中的一小部分被捕获的时间更长，并且在长达一秒的测量时间内没有显示出可测量的损失。运动的电子激励揭示了可以在几十到几百MHz的范围内调谐的长期频率。在低温环境中操作类似的电子保罗阱可以为具有捕获的电子自旋量子位的全电量子计算提供平台。
2021-01-30 physics.atom-ph quant-ph
Ultrasensitive single-ion electrometry in a magnetic field gradient
本研究利用静态磁场梯度增强囚禁离子自旋与电场的耦合，实现亚Hz至约500 kHz范围内前所未有的直流与交流电场测量灵敏度。
2024-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Amplitude sensing below the zero-point fluctuations with a two-dimensional trapped-ion mechanical oscillator
我们提出了一种技术来测量的$\sim$ 100离子的二维离子晶体的质心（COM）运动的幅度。通过在远离COM谐振频率的频率下感测运动，我们通过实验确定了该技术的测量不精确度。我们解决振幅小至50 pm，40倍小于COM模式零点波动。该技术采用自旋相关的光偶极力将机械振荡耦合到被捕获离子的电子自旋，从而能够通过读出自旋状态来测量COM运动的一个正交。我们证明了灵敏度限制设置自旋投影噪声和自旋退相干由于非共振光散射。当在与COM模式频率的共振上执行时，这里所展示的技术可以使得能够检测极弱的力（$< \,$ 1 yN）和电场（$< \,$ 1 nV/m），从而提供探测量子传感极限和搜索超出标准模型的物理的机会。
2017-06-30 physics.atom-ph quant-ph
Nonextensive statistics in spin precession
许多实验利用捕获粒子在磁场中的进动来执行高精度测量。假设初始极化粒子自由旋进后，在旋进平面内形成高斯相位分布。我们发现，在磁场梯度和电场的存在下，被困的粒子往往会形成一个非高斯分布与幂律的尾巴，这是符合非广泛的统计。由于分布的确切形状取决于许多实验参数，因此它提供了一种直接测量它们的潜在新技术。
2016-02-02 nucl-ex physics.atom-ph
Probing rotational decoherence with a trapped-ion planar rotor
本研究首次实验观测了转动退相干标度律，利用双离子阱平面转子制备角动量叠加态并测量退相干速率，结果与理论高度吻合，对转子量子应用具有重要意义。
2025-01-24 physics.atom-ph quant-ph
