Minimization of Ion Micromotion in a Linear Paul Trap with a High Finesse Cavity
我们证明了在线性Paul阱中使用高精细腔的离子微动最小化。沿光腔轴或沿激光传播方向投影的多余离子微动在离子腔发射光谱中表现为载流子周围的边带峰。通过使发射光谱中的边带高度最小化，我们能够将微动幅度减小到近似于基态波函数的扩展。这种方法是非常有用的腔QED实验，因为它允许有效的3-D微动补偿，尽管由腔镜施加的光学访问限制。我们还表明，亚纳米微动补偿是可能的，我们目前的系统。
2012-11-01 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
Implementation of a symmetric surface electrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect
我们描述了一种新的表面电极保罗离子阱设计的实验中可扩展的量子信息处理与Ca+的制造和表征。一个值得注意的特点是一个对称的电极图案，它允许离子运动的正常模式的旋转，产生有效的多普勒冷却与一个单一的光束平行的平面表面。我们提出并实现了一种技术，在所有方向上的微动补偿使用红外再泵浦激光束直接进入陷阱平面。最后，我们采用了一种替代的再泵浦方案，增加离子荧光和简化加热速率测量多普勒冷却过程中获得的时间分辨离子荧光。
2009-11-15 physics.atom-ph quant-ph
Ion trajectory analysis for micromotion minimization and the measurement of small forces
对于用保罗阱中的离子进行实验，最小化微运动通常是必不可少的。为了诊断和补偿微动，我们已经实现了一种方法，该方法允许可靠地和有效地找到射频（RF）零点的位置，原则上，没有任何直流（DC）电压的变化。我们应用陷阱调制技术和焦点扫描成像提取3D离子的位置为各种RF驱动功率和分析的功率依赖性的平衡位置的被困离子。与常用的方法相比，搜索算法直接利用物理效应，而不是在高维参数空间中进行有效的数值最小化。使用这种方法，我们实现了补偿的剩余电场，导致过量的微动在径向平面的线性保罗陷阱下降到0.09 V/m。此外，这里采用的单个谐波捕获离子的精确位置确定也可以用于小力的检测。这一点可以通过测定135 yN精度的轻压力来证明。由于该方法仅基于成像，因此它可以同时应用于几个离子，并且与激光方向无关，因此非常适合与例如表面电极陷阱一起使用。
2015-11-04 physics.atom-ph
Observation of density-dependent gauge fields in a Bose-Einstein condensate based on micromotion control in a shaken two-dimensional lattice
我们证明了量子气体中由原子相互作用引起的密度依赖的规范场。规范场是调制二维光晶格中原子相互作用和微运动之间的同步耦合的结果。作为第一步，我们表明，在两个方向上的晶格相干振动可以耦合的动量和原子的相互作用，打破了晶格的四重对称性。然后，我们创建一个完整的相互作用诱导的规范场通过调制的相互作用强度与晶格振动同步。当一个凝聚体被加载到这个震动的晶格，规范场的作用，优先准备系统在不同的准动量基态取决于调制相位。我们设想，这些相互作用引起的领域，通过精细控制微动，将提供一个垫脚石，以模拟新的量子现象内外凝聚态物理。
2018-05-27 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Numerical investigation of a segmented-blade ion trap with biasing rods
我们报告了一个线性离子阱，具有分段叶片和偏置杆的数值研究。我们的系统由射频（rf）叶片，直流叶片与十个独立的电极，和两个偏置杆补偿离子的微动。计算后的离子的光学访问，我们发现射频和直流电压，导致在一个稳定的捕获配置的$^{171}$ Yb $^{+}$离子。本文还探讨了偏置杆的微动补偿，并计算了叶片偏心对陷阱势的影响。我们的工作提供了定量的理解的陷阱架构，协助可靠的操作的离子阱量子计算机。
2022-12-26 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Prospects of reaching the quantum regime in Li-Yb$^+$ mixtures
我们进行了数值模拟的捕获$^{171}$ Yb $^+$离子的缓冲气体冷却的冷云的$^6$锂原子。这种物种组合已被认为是最有希望达到量子制度的相互作用原子和离子在保罗陷阱。经典地处理原子和离子，我们计算出碰撞能量确实达到了完美的线性保罗陷阱的量子极限以下。我们分析了在离子阱中的缺陷，导致过多的微动的影响。我们发现，达到量子极限所需的过量微动的抑制应该在实验范围内。实际上，虽然要求很高，但并不过分，在文献报告的数值范围内。我们分析了在我们的实验装置检测和抑制多余的微动。在我们的模拟中使用所获得的实验参数，我们计算出的碰撞能量比量子极限大2-11倍，这表明在微动检测和补偿方面需要改进。我们还分析了线性和二维离子晶体的缓冲气体冷却。我们发现，在实际的实验条件下，缓冲气体冷却后，离子运动本征模的能量可达10-100 $μ$ K。有趣的是，并不是所有的本征模都被缓冲气体冷却到相同的能量。我们的研究结果表明，我们的实验进行了适度的改进，研究原子-离子混合物的量子制度是可以实现的，允许缓冲气体冷却的被困离子量子平台，并研究原子-离子费什巴赫共振的发生。
2018-04-12 physics.atom-ph quant-ph
Controlling trapping potentials and stray electric fields in a microfabricated ion trap through design and compensation
在利用捕获离子的量子信息处理中的最新进展已经证明需要能够保持和操纵许多（>10）离子的链的新离子阱架构。在这里，我们提出了一个新的线性陷阱，可扩展的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，是非常适合这个挑战的微制造的设计和详细的表征。44个独立控制的直流电极提供了许多自由度，需要构建非谐势阱，穿梭离子，合并和分裂离子链，精确调谐长期模式频率，并调整陷阱轴的方向。直流电极上的微加工电容器抑制射频拾取和过度微动，而顶层接地层简化了电场的建模并保护下面的陷阱结构。在基板上的局部孔提供从下面的烘箱进入捕获区域，允许通过物种选择性光电离确定性加载特定的同位素/元素序列。孔径和射频电极的形状进行了优化，以尽量减少扰动的捕获赝势。实验室实验验证了模拟电势并表征了捕获寿命、杂散电场和离子加热速率，而空间变化杂散电场的测量和消除可以形成几乎等间距的离子链。
2012-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Nanotesla-level, shield-less, field-compensation-free, wave-mixing-enhanced body-temperature atomic magnetometry for biomagnetism
我们报告了一种光学非弹性波混合增强原子磁力测量技术，该技术在与人体兼容的温度下，无需磁屏蔽、零场补偿或高频调制锁相光谱，即可实现nT级磁场检测。使用高斯磁脉冲，模仿瞬态磁场产生的动作电位对青蛙的神经，我们证明了超过300,000倍（550倍）的增强磁光旋转信号功率谱密度（功率振幅）比传统的单束$Λ-$计划原子磁力测量方法。这种新技术可能会带来极其敏感的磁场成像的生物系统，通过光纤在临床环境中访问的可能性。
2018-04-22 physics.atom-ph quant-ph
Design of a novel monolithic parabolic-mirror ion-trap to precisely align the RF null point with the optical focus
提出了一种新型的离子阱设计，它将高收集效率的抛物柱面镜与离子阱电极集成在一起。该设计具有三个射频（RF）电极和八个直流（DC）补偿电极。通过仔细调整三个RF电压，可以使抛物柱面镜焦点精确地与RF零点重合。因此，可以同时最小化像差和离子微动。这种单片设计可以通过将光子收集立体角扩展到$90\%\cdot4π$之外来显著提高离子-离子纠缠的产生速度。进一步分析的陷阱设置表明，射频电压变化的方法将加工精度提高到一个很宽的范围。该设计有望成为一种健壮的离子捕获方案，以提高纠缠网络节点的速度。
2020-04-19 physics.atom-ph quant-ph
Operation of a Microfabricated Planar Ion-Trap for Studies of a Yb$^+$-Rb Hybrid Quantum System
为了研究原子离子与超冷中性原子的相互作用，对离子晶体的定位进行亚$μ$ m控制是非常重要的。为此，我们介绍了一个微型平面离子阱具有21个直流电极。离子阱由自制的FPGA电压源控制，该电压源向每个DC电极提供独立可变的电压。为了确保离子晶体相对于被捕获的中性原子的稳定定位，我们集成到整体设计中的一个紧凑的镜面磁光芯片陷阱（mMOT）的冷却和限制中性$^{87}$ Rb原子。本文介绍了原子-离子混合芯片、微加工平面离子阱，并利用离子阱晶体确定离子寿命、阱频率、离子定位和微动补偿精度。
2019-03-19 physics.atom-ph quant-ph
A compact radiofrequency drive based on interdependent resonant circuits for precise control of ion traps
保罗陷阱被广泛用于通过使用强射频（RF）场来限制带电粒子，如原子和分子离子，所述强射频（RF）场通常通过放置在真空中的电容电极上的电压降来获得。我们提出了一种在紧凑的印刷电路板（PCB）上实现的射频驱动器，并为四极Paul阱提供高压射频信号。该电路由四个相互依赖的谐振电路$-$形成，每个谐振电路连接到由低噪声放大器馈电的Paul陷波器$-$的电极，导致在3.23 MHz时峰-峰幅度高达200 V的输出电压。用于每个电极的单个谐振电路的存在确保了对每个电极上的电压降的强控制，例如通过经由偏置T形件施加DC场。此外，谐振电路的中等品质因数Q = 67确保了驱动器的快速操作，其可以在不到10 $μ$ s的时间内打开和关闭。最后，RF线配备有拾取器，其对RF的相位和幅度进行采样，从而提供可用于主动控制阱电极处的电压降的信号。由于其特性，该驱动器特别适用于需要高陷阱稳定性和出色微动补偿的实验。
2018-12-05 physics.atom-ph quant-ph
Experimental apparatus for overlapping a ground-state cooled ion with ultracold atoms
由于其广泛的研究应用，从量子化学到固态系统的量子模拟，带电离子和中性原子在重叠陷阱中的实验实现越来越受到人们的关注。在这里，我们描述了一个系统，在该系统中，我们重叠一个单一的基态冷却离子被困在一个线性保罗陷阱与云的超冷原子，使这两个成分是在$μ$ K制度。过量微动（EMM）目前将原子-离子相互作用能量限制在mK能量标度及以上。我们展示了光谱方法和补偿技术，其特征在于，并减少离子的寄生EMM能量的$μ$ K制度，即使是几个离子的离子晶体。本文对支配原子-离子系统的非平衡动力学作了一个实质性的评述。非平衡动力学表现为离子能量的幂律分布。本文综述了用于表征单原子到多原子碰撞后离子能量分布的相干和非相干测温技术。
2017-05-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
