Metrology of microwave fields based on trap-loss spectroscopy with cold Rydberg atoms
本文提出基于磁光阱中冷里德伯原子陷阱损耗光谱的微波场计量方法，利用荧光检测和二能级模型实现幅度与频率的同时重建，并展示其在光学时钟校准、冰冻圈监测、宇宙微波背景测量和暗物质搜寻等领域的应用前景。
2024-11-21 physics.atom-ph quant-ph
Preliminary characterization of a surface electrode Paul trap for frequency metrology
本研究针对频率计量开发171Yb+单离子光学钟用表面电极Paul阱，测试原型阱加热率，推出绝缘体上硅微制造芯片并完成超高真空电学测试，给出合适参数及设计改进路线图。
2024-10-09 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Production of Fock Mixtures in Trapped Ions for Motional Metrology
本文提出一种在离子阱中制备非热Fock态混合物的协议，通过循环红边带、测量和制备脉冲，实现超越标准量子极限的计量学优势，并借助数值模拟分析了参数区间。
2022-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Addressing and manipulation of individual hyperfine states in cold trapped molecular ions and application to HD^{+} frequency metrology
先进的技术操纵的内部状态，在原子物理学的标准，首次展示了带电分子物种。我们解决个人的超精细态的双原子离子的振转能级的光激发个人的超精细跃迁，并实现受控转移到选定的超精细态的人口。我们使用分子氢离子（HD^{+}）作为模型系统，并采用一种新的频率梳为基础的，连续波5 \mum激光光谱仪。所实现的光谱分辨率是迄今为止在光学域中对分子离子物种获得的最高分辨率。因此，我们也能够对分子的从头算理论进行最精确的测试。
2012-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Oscillating magnetic field effects in high precision metrology
我们研究了高精度计量中交流磁场产生的一系列效应。这些结果直接关系到高精度的测量，和国家的最先进的光学时钟的准确性评估。讨论了表征这些效应的策略，并使用$^{171}\mathrm{Yb}^+$演示了一种精确确定线性Paul阱中阱感生交流磁场的简单技术
2018-07-07 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Frequency metrology on the 4s 2S1/2 - 4p 2P1/2 transition in the calcium ion for a comparison with quasar data
在线性Paul阱中用激光冷却结晶离子对钙离子4s 2S 1/2 - 4p 2 P1/2跃迁进行了高精度频率计量。用频率梳状激光器进行校准，得到f=755222766.2（1.7）MHz的过渡频率。的精度提出了一个以上的数量级的改善，并将有利于与类星体的数据在宇宙学时间尺度上的精细结构常数的可能变化的搜索比较。
2008-05-14 physics.atom-ph
Trapping Single Ions and Coulomb Crystals with Light Fields
这本书的范围是提供洞察到最近出现的领域的光捕获的离子。自1970年Ashkin开创性地引入光场作为对物质施加捕获力的工具以来，光学偶极陷阱已经在量子系综以及单个粒子的水平上实现了对中性原子和分子的前所未有的控制。最近发现，在某些情况下，它是非常有利的限制原子和分子离子，而不采用任何射频为基础的保罗陷阱或强外部磁场中使用的潘宁陷阱，例如，当研究中性原子和离子的相互作用在超低相互作用能的制度。适应离子的光阱是一个很有前途的方法来处理这种情况下，这项工作的重点是提出一个全面的概述这种技术背后的背景和概念，以及讨论目前可实现的控制水平，遇到的限制和未来的应用前景。
2019-10-01 physics.atom-ph
Single-ion, transportable optical atomic clocks
在过去的15年里，在激光稳定、光学频率梳和原子冷却与囚禁等领域取得了巨大的进展，使得光学原子钟具有无与伦比的性能。这些仪器可以进行频率比较，分数不确定度远低于$10^{-17}$，发现在基础物理测试，相对论大地测量，时间和频率计量的应用。尽管目前大多数光学钟都是实验室设置，但已经发表了几种将这些钟用于现场测量或在光学钟网络中使用的建议，并且大多数时间和频率计量机构已经开始开发可移动的光学钟。为了这个特殊的问题，我们选择集中在捕获离子光学时钟。尽管它们的短期分数频率稳定性因较低的信噪比而受损，但它们提供了很高的紧凑性潜力：捕获的离子需要低的光功率和简单的加载方案，并且可以被捕获在小的真空室中。我们回顾了时钟关键部件的最新进展，包括离子阱和超稳定光学腔，以及现有的项目和实验，描绘了未来可移动的单离子光学时钟可能类似的画面。
2018-04-06 physics.atom-ph
Resonance enhanced isotope-selective photoionization of YbI for ion trap loading
中性镱（YbI）和单电离镱（YbII）在量子光学、计量学和量子信息科学的实验中有着广泛的应用。我们报告的调查同位素选择性的两个光电离的Yb I，允许有效的装载离子阱与Yb II。结果上提出了两种颜色（399 nm和369 nm）和单色（399 nm）的光电离和它们的效率相比，电子碰撞电离。几乎确定性加载到一个线性保罗陷阱的所需数量的Yb II离子。
2010-06-17 physics.atom-ph
Ion transport in macroscopic RF linear traps
本文针对宏观线性射频阱中的三维离子云输运，结合真实实验环境开展分子动力学模拟，揭示势阱形变与云空间延展是离子能量增益的主要来源，并评估转移概率与离子数表征的输运效率。
2014-03-11 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
'Designer atoms' for quantum metrology
量子纠缠是量子计算和量子密码学的关键资源。对于量子精密测量，纠缠态的使用已经被讨论和证明是提高信噪比的一种手段。此外，纠缠态已被用于实验中的有效量子态检测和散射长度的测量。在量子信息处理中，对单个量子比特的操纵允许对特定状态的定制设计，这些状态对环境的有害影响不敏感。这种“无退相干子空间”保护了量子信息，并产生了显著增强的相干时间。在这里，我们使用一个消相干的子空间与专门设计的纠缠态，以证明一对被困的Ca+离子的精确光谱，我们得到的电四极矩，这是用于频率标准的应用。我们发现，纠缠态不仅有利于提高频率测量中的信噪比-一个适当设计的原子对也允许在强技术噪声的存在下进行时钟测量。我们的技术使得明确使用的非局域性作为一种纠缠属性，并提供了一种方法“设计”的量子精密测量。
2007-01-29 physics.atom-ph quant-ph
Towards metrology with highly charged isomeric ions from antiproton annihilation
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；University of Siegen（锡根大学）
通过反质子湮灭生成高电荷同位素离子，用于高精度测量
2025-09-22 hep-ex nucl-ex physics.atom-ph
Quantum metrology from a quantum information science perspective
我们总结了量子精密测量的重要进展，在冷气体，捕获冷原子和光子的实验。首先，我们回顾了简单的量子测量系统，如自旋压缩态的量子精密测量，Greenberger-Horne-Zeilinger态，Dicke态和单重态。我们计算在这些计划中可达到的最高精度。然后，我们介绍了量子精密测量的基本概念，如散粒噪声标度，海森堡标度，量子费舍尔信息和Cramer-Rao界。使用这些，我们证明了纠缠需要超越散粒噪声标度在非常一般的线性干涉仪任务。我们讨论了量子费舍尔信息的一些应用，例如如何利用它来获得一个量子态是宏观叠加态的判据。我们展示了它是如何与量子演化的速度相关的，以及它是如何出现在量子芝诺效应理论中的。最后，我们解释了如何不相关的噪声限制了最高可实现的精度在非常一般的可编程任务。
2014-10-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Observation of the liquid-gas transition in trapped ions
Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
通过集成速度映射成像的离子阱直接测量速度，实验观测了囚禁离子从液体到气体的完整相变过程，揭示了液体态起始温度及最大密度阈值。
2026-09-09 physics.atom-ph
Ideal Multipole Ion Traps from Planar Ring Electrodes
我们提出了一套平面，环形，同心电极，只需要射频电位限制离子的多极离子阱的设计。我们说明了理想的性能的陷阱，考虑几个简单的情况下，限制离子。我们预测，毫米级的表面陷阱可能有陷阱深度高达几十电子伏，或微动幅度低至几十纳米的2-D离子晶体，当一个共同的领域的幅度的参数被选择。几个例子的陷阱进行了研究，和缩放的电压，频率和陷阱规模，对于少量的离子，这些属性的推导。此外，具有非常高的荷质比的离子可以被限制在阱中，并且具有非常不同的荷质比的物质可以同时被限制。这些陷阱的应用包括量子信息科学、频率计量学和冷离子-原子碰撞。
2012-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Two-dimensional ion trap lattice on a microchip
微制造离子阱是利用捕获离子实现可扩展量子计算的主要进展。更通用的离子阱设计的开发，其中定制的离子阵列被定位在微加工表面上方的二维空间中，将导致在量子模拟、计量学和原子-离子相互作用等各个领域的应用。当前的表面离子阱通常具有低的阱深度和高的加热速率，这是由于可以施加到它们的电压的大小限制了量子门的保真度。在这里，我们报告的制造过程中，允许应用非常高的电压，在一般的微加工设备，并使用这种先进的制造一个二维离子阱晶格上的微芯片。我们的微制造架构允许可靠的捕获的2D离子晶格，长的离子寿命，基本之间的晶格站点和确定性地引入缺陷的能力，离子晶格之间的穿梭。
2014-04-25 physics.atom-ph quant-ph
Cold highly charged ions in a radio-frequency trap with superconducting magnetic shielding
本研究通过超导射频阱实现高电荷态离子的协同冷却，利用Be+离子验证了极低磁场衰减和长相干时间，为量子逻辑光谱学与频率计量奠定基础。
2023-06-02 physics.atom-ph
Scalable chip-based 3D ion traps
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik（德国航空航天中心卫星测地与惯性传感器研究所）；Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen（锡根大学理学院）；eleQtron GmbH（eleQtron有限公司）；Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学量子光学研究所）
本文综述了芯片基三维离子阱的最新进展，包括材料选择、片上滤波组件集成和真空紧凑电连接，并基于有限元法模拟讨论了集成微光学而不干扰离子的可能性。
2026-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic cooling of a trapped proton mediated by an LC circuit
有效冷却被捕获的带电粒子对于许多基础物理实验、高精度计量学和量子技术都是必不可少的。到目前为止，交感冷却需要近距离的库仑相互作用，但人们一直希望将激光冷却技术带到宏观分离的陷阱中的粒子，将量子控制技术扩展到以前无法到达的粒子，如高电荷离子，分子离子和反物质。在这里，我们展示了一个单一的质子使用激光冷却Be+离子在空间上分离的潘宁陷阱的交感冷却。陷阱由超导LC电路连接，该电路能够在9 cm的距离内进行能量交换。我们还展示了冷却的宏观LC电路的谐振模式与激光冷却的离子和交感神经冷却的一个单独被困的质子，达到远低于环境温度的温度。值得注意的是，由于这种技术只使用图像电流相互作用，它可以很容易地应用于反质子实验，促进提高物质-反物质比较和暗物质搜索的精度。
2021-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Fundamentals of Trapped Ions and Quantum Simulation of Chemical Dynamics
Rice University（莱斯大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文综述了囚禁离子系统的基本原理，探讨了其在量子模拟和化学动力学模拟中的应用，以及未来的发展方向和挑战。
2026-02-17 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Fast and efficient transport of large ion clouds
利用电场对捕获的带电粒子进行操纵是一种精确、鲁棒和可靠的技术，可用于高精度光谱学的许多应用或实验。离子样品在多个阱之间的转移允许在量子信息、冷化学或频率计量实验中使用定制的环境。在这篇文章中，我们实验研究的离子云的传输高达50 000个离子。阱的设计使得离子对假设的电势和实际的局部电势之间的任何失配都非常敏感。然而，我们表明，快速（100 $μ$ s传输超过20 mm）增加的传输效率高于90%的值，即使有大量的离子。对于小于2000个离子的云，观察到100%的转移效率。
2015-05-22 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Highly Charged Ions in Rare Earth Permanent Magnet Penning Traps
美国国家标准与技术研究所（NIST）的一个新建造的装置是专为高电荷离子的分离、操纵和研究而设计的。高电荷离子在NIST电子束离子阱（EBIT）中产生，通过选择单个质量/电荷种类的束线提取，然后在紧凑的潘宁阱中捕获。阱的磁场由集成到其电极中的圆柱形NdFeB永磁体产生。在一个室温的原型陷阱与一个单一的NdFeB磁体，物种，包括Ne 10+和N7+被限制与存储时间为1秒，显示这种设置的操纵和光谱的高电荷离子在受控环境中的潜力。离子捕获已被证明与类似的存储时间在一个更复杂的潘宁陷阱，集成了两个同轴钕铁硼磁铁改善B场的均匀性。正在进行的实验利用第二代装置，该装置将这种双磁体潘宁阱与能够解析被捕获离子的电荷状态演化的快速飞行时间MCP检测器结合在一起。双磁体潘宁陷阱环电极中的孔允许光学和原子束进入。可能的应用包括光谱研究里德堡态的单电子离子，以及在原子物理学、计量学、天体物理学和等离子体诊断中感兴趣的高电荷离子。
2012-07-13 physics.atom-ph physics.ins-det
Super-molasses returns: All optical near-resonance laser cooling and trapping of neutral atoms from background vapor
Aquark Technologies Ltd（Aquark科技有限公司）；School of Physics & Astronomy, Nottingham University（诺丁汉大学物理与天文学学院）；Department of Physics, Swansea University（斯旺西大学物理系）
介绍一种替代激光阱，通过准直激光束简单几何结构，提供与速度和位置相关的恢复力形成冷原子云，无磁场下能产生与磁光阱相似原子数和密度，可冷却至低温，适用于多种应用。
2026-07-22 physics.atom-ph quant-ph
Resolved-sideband cooling of a single $^9$Be$^+$ ion in a Penning trap
本研究在潘宁阱中利用双光子受激拉曼过程实现单个$^9$Be$^+$离子的分辨边带冷却，达到平均声子数0.10(4)，为量子逻辑光谱学和精密测量奠定基础。
2023-11-12 physics.atom-ph quant-ph
Sub-kelvin temperature management in ion traps for optical clocks
针对可扩展线性离子阱运行温度难以精确测定的问题，本文结合有限元建模与红外、传感器测量，证明典型光钟离子条件下射频加热引起的温升低于700 mK。
2023-06-02 physics.atom-ph physics.ins-det
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
Control of an atomic quadrupole transition in a phase-stable standing wave
本研究利用表面电极阱中的单个钙离子和集成光子器件产生的相位稳定驻波，通过空间映射Rabi频率与AC Stark位移，实现面向量子控制和计量的四极跃迁调控。
2023-06-06 physics.atom-ph quant-ph
Monolithic Segmented 3D Ion Trap for Quantum Technology Applications
Rice University（莱斯大学）；Duke University（杜克大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
本文提出一种单体分段三维Paul阱，用于实现高精度离子捕获与低加热率，通过Yb+离子验证了其在量子计算中的应用潜力。
2026-03-31 physics.atom-ph quant-ph
Enhanced Yield Rate of \textsuperscript{229m}Th via Cascade Decay in Storage Rings and Electron Beam Ion Traps
Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application (MoE), Institute of Modern Physics, Fudan University（复旦大学现代物理研究所核物理与离子束应用教育部重点实验室）
本文提出通过存储环和电子束离子陷阱的级联衰变提高229mTh产率的方法，利用NEIES和NEEC技术实现高效生产，为核钟和精密计量学提供新途径。
2026-01-30 nucl-th physics.atom-ph
Cold hybrid ion-atom systems
激光冷却囚禁离子和超冷原子的混合系统是近年来量子物理基础研究的新平台。本文综述了离子-原子冷杂化系统的理论和实验研究进展，旨在结合这两个成熟领域的最佳特性。我们提供了一个广泛的概述的理论描述的离子原子混合物及其应用，并报告在实验中的进展与保罗或偶极陷阱与冷原子云重叠，并与离子直接产生的玻色-爱因斯坦凝聚体捕获的离子。我们从微观模型开始，描述电子结构，相互作用和碰撞物理的离子-原子系统在低温和超低温下，包括辐射和非辐射电荷转移过程和它们的控制与磁可调费什巴赫共振。然后，我们描述了相关的实验技术和混合系统的内在性质。特别地，我们讨论了离子在Paul阱中的微运动对离子-原子杂化系统的影响。接下来，我们回顾了最近的建议，使用离子浸没在超冷气体研究冷碰撞，化学，多体物理，量子模拟，量子计算和它们的实验实现。在最后一部分中，我们重点讨论了分子离子通过自发辐射缔合、光缔合、磁缔合和交感冷却的形成。讨论了冷分子离子在冷控化学和精密光谱学中的应用和前景。
2019-08-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
High-precision atomic clocks with highly charged ions: nuclear spin-zero $f^{12}$-shell ions
使用高电荷离子的光学原子钟在第19位有效数字的计量学上有着诱人的前景。在这里，我们研究高电荷离子的$4f^{12}$基态电子构型内的跃迁。我们考虑缺乏超精细结构的同位素，并表明通过使用特别选择的虚拟时钟跃迁，可以有效地减少电子四极矩耦合到捕获电场梯度的不利影响。估计的系统分数时钟精度被证明是低于$10^{-19}$。
2012-09-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
