One- and two-qubit gate infidelities due to motional errors in trapped ions and electrons
在这项工作中，我们推导出的解析公式，确定错误机制的影响，一个和两个量子比特门被困离子和电子。首先，我们分析，并推导出表达式，驱动场的不均匀性对单量子位门的量子数的影响。其次，我们推导出两个量子比特门误差的表达式，包括静态运动频率偏移，陷阱非谐性，场不均匀性，加热和运动失相。我们表明，对于小的误差，我们的每个表达式不忠收敛到各自的数值模拟，这表明我们的公式足以确定误差预算高保真门，避免在未来的项目中的数值模拟。所有的推导都适用于任何内部量子比特态，以及离子晶体运动在Fock态基中为对角的任何混合态。我们的静态动态频移，陷阱非谐性，加热，和动态退相的治疗适用于激光为基础的和无激光的门，而我们的治疗领域的不均匀性适用于无激光系统。
2022-02-10 physics.atom-ph quant-ph
Laser-free trapped-ion entangling gates with simultaneous insensitivity to qubit and motional decoherence
现有的无激光捕获离子纠缠门的主要误差来源是量子比特态的退相干和离子运动。这些退相干机制的影响可以用附加的控制场或具有降低门速度的缺点的技术来抑制。在这里，我们建议使用近动频磁场梯度来实现无激光门，该无激光门同时对两种类型的退相干具有弹性，不需要额外的控制场，并且在门速度方面具有相对较小的成本。
2020-03-30 physics.atom-ph quant-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
Quantum control of the motional states of trapped ions through fast switching of trapping potentials
我们提出了一种新的方案，用于提供电压的电极的微离子阱，使访问的制度，其中的捕获电位的变化的时间尺度上比被困离子的长期振荡频率的周期短得多。这为加速分段离子阱中的离子传输开辟了可能性，并且还提供了比它们之间的库仑相互作用更快地控制串中的多个离子的途径。我们使用这些方法在表面电极阱中进行离子输运的理论研究，表征了一些重要控制参数所需的精度。我们还讨论了利用这些技术产生运动态压缩的可能性和局限性，这可以作为研究高斯态纠缠的基础。
2012-12-21 physics.atom-ph quant-ph
Simplified motional heating rate measurements of trapped ions
我们测量了囚禁原子离子的运动加热率，这是一个影响多离子量子逻辑门性能的因素。为此开发了两种简化的技术：一种依赖于用单个激光源实现的拉曼边带检测，而第二种更简单，并且基于多普勒再冷却期间的时间分辨荧光检测。我们应用这些方法来确定加热速率在一个microfrabricated表面电极陷阱由金在熔融石英，它的陷阱离子40微米以上的表面。从这两种技术获得的加热速率被认为是在合理的协议。此外，该阱在5.25 MHz的运动频率下产生每秒300 ± 30的加热速率，大大低于在其他阱中观察到的趋势。
2007-07-10 physics.atom-ph quant-ph
State dependent motional squeezing of a trapped ion: new method and applications
我们发现，一个冷的囚禁离子的运动可以压缩通过调制的强度的相位稳定的光晶格内放置的陷阱。由于这种方法是可逆的和状态选择的，它有效地实现了受控挤压门。我们展示了如何使用这个资源，可以是有用的量子信息处理连续变量，为了准备沿互补正交压缩的状态的相干叠加。我们表明，这些状态，我们表示为“${\mathcal X}$ -状态”，表现出高灵敏度沿两个互补的正交小位移，使它们有用的量子精密测量。
2019-11-13 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement between motional states of a single trapped ion and light
我们提出了一种利用光和单个囚禁离子的振动产生Bell态的方法。陷阱本身应该被放置在一个高$Q$腔维持一个单一的模式，量化的电磁场。如果在适当的相互作用时间和适当的初始状态准备之后对离子的内部电子状态进行有条件的测量，则可以容易地产生纠缠的光运动状态。我们表明，所有四个贝尔状态可能会产生使用不同的运动边带（蓝色或红色），以及足够的离子相对相位。
2002-08-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Rydberg ions in coherent motional states: A new method for determining the polarizability of Rydberg ions
本文提出了一种测量束缚在Paul阱谐振势中的里德伯离子极化率的方法。对于高激发电子态，电子波函数和俘获场之间的耦合根据离子的运动状态修改激发概率。这种相互作用强烈地依赖于激发态的极化率，并表现在离子的状态依赖的长期频率。我们初始化一个单一的捕获$^{40}$钙$^+$离子从运动基态到相干态与$|α|$高达12使用的陷阱段上的电压。首先在长寿命的3D $_{5/2}$状态中初始化的内部状态在双光子过程中经由5 P $_{3/2}$状态被激发到Rydberg S $_{1/2}$ -状态。我们探测由于里德伯激发，随后衰减到内部地面4S $_{1/2}$状态的3D $_{5/2}$状态的耗尽。通过分析得到的光谱，我们提取的Rydberg态的极化率与数值计算相一致。该方法易于实现，适用于不同的里德堡态，而不管它们的主量子数或角量子数量子数。用里德伯离子晶体进行量子门操作需要一个精确的状态极化率值。
2022-08-23 physics.atom-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
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
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
Direct characteristic-function tomography of quantum states of the trapped-ion motional oscillator
实现了囚禁钙离子运动振荡量子态对称特征函数的直接读出。使用适当选择的内部电子状态相关的位移双色激光场的基础上，我们映射的位移算子的实部或虚部的期望值的内部状态，随后使用荧光检测读出。结合两个读出结果提供了关于对称特征函数的全部信息。我们通过将其应用于一系列原型量子振子态，包括位移和压缩高斯态以及在连续变量量子计算中应用的位移压缩态的两个和三个分量的叠加，来表征该技术的性能。对于每一个，我们讨论的特征函数和维格纳相空间准概率分布的相关功能。使用减少的测量次数直接重建这些高度非经典的振荡器状态是理解和优化这些系统的控制用于量子传感和量子信息应用的必要工具。
2019-07-15 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
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
Microwave control of trapped-ion motion assisted by a running optical lattice
我们实验证明微波控制的运动状态的囚禁离子放置在一个运行的光晶格产生的状态相关的潜力。光晶格深度和运行晶格频率两者提供自旋-运动耦合强度的可调谐性。利用自旋-运动耦合来演示Yb 171离子到运动基态的边带冷却。
2014-06-02 physics.atom-ph quant-ph
Motional Fock states for quantum-enhanced amplitude and phase measurements with trapped ions
真空态的非零涨落是量子理论的显著特征。这些波动从根本上限制了量子传感器的精度。如今，一些系统，如光学时钟，引力波探测器，物质波干涉仪，磁力计和光机系统接近测量灵敏度，其中量子涨落的影响设置了一个基本的限制，所谓的标准量子限制（SQL）。有人提出，SQL可以通过压缩真空涨落来克服。该方案的实现已在各种系统中得到证明。然而，基于挤压真空的协议关键地依赖于挤压相对于压印测量量的操作的相对取向的精确控制。缺乏控制会导致噪声放大并降低设备的灵敏度。在这里，我们实验证明了一种新的量子相干范式的基础上相位不敏感的Fock态的运动状态的被困离子，在频率计量和位移检测的应用。该测量装置用于两个不同的实验设置探测非交换可观的SQL以外的灵敏度。在这两种测量中，经典的准备和检测噪声足够小，以保持量子增益在一个完整的双稳态协议。
2018-07-05 physics.atom-ph quant-ph
Measurement of Ion Motional Heating Rates over a Range of Trap Frequencies and Temperatures
本文测量了在$\sim$ 0.6 ~ 1.5 MHz和$\sim$ 4 ~ 295 K范围内不同陷阱频率和温度下被囚禁离子的运动加热率。此外，我们研究了吸附的表面污染物的沸点低于$\sim$ 105 $^{\circ}$ C的可能影响，通过测量离子加热速率之前和之后的局部烘烤我们的离子阱芯片在真空条件下。我们比较加热率在这里提出的那些计算从可用的电场噪声模型。我们可以根据这些模型的预期频率和温度标度的相互依赖性来严格限制它们的子集。测量结果和预测值之间的差异点，需要细化的理论噪声模型，以更充分地了解背后的运动捕获离子加热的机制。
2014-12-16 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic EIT laser cooling of motional modes in an ion chain
我们利用电磁感应透明（EIT）激光冷却来冷却线性离子链的运动模式。作为示范，我们对$^{24}Mg^+$离子施加EIT冷却以冷却$^9Be^+$ - $^{24}Mg^+$离子对和$^9Be^+$-$^{24}Mg^+$-$^{24}Mg^+$-$^9Be^+$离子链的轴向模式，从而共感地冷却$^{9}$ $^{+}$离子。与传统拉曼边带冷却的先前实现相比，我们实现了将模式冷却到接近基态所需的持续时间的大约一个数量级的减少，并且所需的激光强度显著降低。
2013-03-07 physics.atom-ph quant-ph
Cross-Kerr nonlinearity for phonon counting
量子谐振子的态测量在量子光学和量子信息处理中是必不可少的。在一个被囚禁的离子系统中，我们实验证明了通过有效的交叉克尔耦合到另一个运动模式的离子的运动模式的状态的投影测量。这种耦合是由离子之间库仑相互作用的固有非线性引起的。我们光谱解决的第一模式的运动边带的频率偏移，由于在第二模式中的单个声子的存在下，并使用它来重建的声子数分布的第二模式。
2017-03-01 physics.atom-ph quant-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
A High Motional Frequency Ion Trapping Regime for Quantum Information Science
Brigham Young University（杨百翰大学）
研究高频率运动态离子捕获，提出高运动频率离子捕获模式以解决 decoherence、加热和相位失真等问题，提升量子信息实验的效率与可扩展性。
2026-04-03 physics.atom-ph quant-ph
Towards Improved Quantum Simulations and Sensing with Trapped 2D Ion Crystals via Parametric Amplification
提高相干性是量子模拟和捕获离子传感实验中的一个基本挑战。在这里，我们讨论，实验证明，并估计两种不同的协议，增强，通过运动参数激发，相干自旋运动耦合的离子获得与自旋相关的力的潜在影响。实验是在大约100个$^9$ Be $^+$离子的二维晶体阵列上进行的。通过在接近质心模式频率的两倍处调制捕获势，我们挤压运动模式并增强自旋-运动耦合，同时保持自旋相干性。使用频闪方案，我们测量了基态运动以下的运动压缩的$5.4 \pm 0.9$ dB，由此理论预测了使用最近证明的方案测量小位移的灵敏度的$10$ dB增强[Science $\textbf{373}$，673（2021）]。利用连续压缩方案，我们测量并精确校准了参数耦合强度。理论表明，该协议可以用于改善量子自旋压缩，在我们的系统中受到非共振光散射的限制。我们用数值方法说明了强参数放大和以质量中心频率波动形式出现的运动失相之间的权衡，以改善我们装置中的量子自旋压缩。
2023-03-29 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
Observation of a Topological Berry Phase with a Single Phonon in an Ion Microtrap Array
通过精确控制二维离子阵列中的离子运动，研究单声子的拓扑伯瑞相及其在多体效应中的应用。
2025-12-14 physics.atom-ph quant-ph
All-Optical Broadband Excitation of the Motional State of Trapped Ions
我们发展了一种新颖的全光宽带方案，用于在射频阱中激发、放大和测量离子的长期运动。光激发引起的振荡被相干放大，以精确控制和测量离子的长期运动。只需要激光的视线，我们已经表明，离子的振荡幅度可以精确控制。我们的激励方案可以产生相干运动，这是强大的长期频率的变化。因此，我们的计划是理想的激发所需水平的振荡运动的条件下，长期频率随时间的推移。通过多普勒测速仪测量的振荡幅度，我们的特点是实验参数，并比较它们与分子动力学模拟，它提供了一个完整的描述系统。
2012-05-30 physics.atom-ph
Hybrid quantum computation gate with trapped ion system
量子计算的混合方法同时利用离散和连续变量，这为相同的物理资源提供了更高密度的编码和处理能力。被囚禁的离子具有离散的内部状态和运动模式，可以在无限维希尔伯特空间中用连续变量描述，为这种方法提供了一个天然的平台。通用量子计算的非线性门可以用条件分束器哈密顿量$|e\rangle \langle e| ( a^{\dagger} b + a b^{\dagger})$来实现，该哈密顿量根据离子的内部状态交换两个运动模式的量子态。我们实现了这样一个门，并展示了它的应用量子态重叠测量，单次宇称测量，和NOON态的产生。
2019-08-27 physics.atom-ph quant-ph
Controlling fast transport of cold trapped ions
我们实现了离子在分段微结构Paul阱中的快速输运。离子在阱的5个运动周期（3.6微秒内280微米）内穿梭超过其基态波函数大小10^4倍的距离。从基态冷却的离子，我们发现一个优化的运输，使能量增加低至0.10 $\pm$ 0.01运动量子。此外，我们证明了存储在自旋运动纠缠态中的量子信息在整个传输过程中得到了保持。穿梭操作是级联的，作为基于穿梭的架构到可扩展离子阱量子计算的原理证明。
2012-06-02 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
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
Microwave control of atomic motional states in a spin-dependent optical lattice
自旋相关的光学势允许我们使用微波辐射来操纵被捕获的中性原子的运动状态（Förster等人，2009 Phys. Rev. Lett. 103，233001）。在这里，我们更详细地讨论这种方法，将其与广泛使用的拉曼边带耦合方法进行比较。我们提供了一个简化的模型，边带冷却的自旋相关的潜力，我们讨论它的广义Lamb-Dicke参数。使用主方程形式主义，我们提出了一个定量分析的冷却性能为我们的实验，这可以推广到其他实验设置。我们还使用微波边带跃迁工程师的运动Fock态和相干态，我们设计了一种技术，用于测量准备状态的人口分布。
2013-02-25 physics.atom-ph quant-ph
Sympathetic and swap cooling of trapped ions by cold atoms in a MOT
一个冷却和捕获的离子和原子的混合系统，为离子辅助冷化学和新颖的多体研究铺平了道路。由于单个俘获机制的不同，被俘获的原子明显比被俘获的离子冷，因此在组合系统中，强的二元离子$-$原子相互作用导致从离子到原子的热流。相反，被捕获的离子也可以被冷原子碰撞加热，使离子和原子之间的平衡变得有趣。在这里，我们的实验表明，铷离子（Rb $^+$）冷却接触磁光捕获（MOT）Rb原子，相反的一般预期的离子加热等离子和原子质量。从理论上解释了冷却机理，并用数值模拟加以验证。共振电荷交换（RCx）碰撞，它允许交换冷却的离子与原子，其中一个单一的掠射碰撞事件带来的快速离子休息的重要性进行了讨论。
2011-12-26 physics.atom-ph quant-ph
Dark resonances as a probe for the motional state of a single ion
单个射频俘获离子有各种各样的应用，从计量学到量子计算。在最佳观测条件下，对极弱跃迁的高分辨率询问需要一个几乎静止的离子。为了避免谱线展宽效应，例如在没有激光冷却的情况下的二阶多普勒效应或射频加热，必须尽可能地消除过度的微动。在这项工作中，一个封闭的三能级离子的运动状态进行了探测，利用观察到的暗共振被困离子的速度的高灵敏度。过量的微动是通过监测与不同的激光束几何形状的暗共振对比度来控制的。实验和数值模拟研究了冷却激光强度等不同参数对激光器性能的影响。
2005-04-15 physics.atom-ph
Dipole force free optical control and cooling of nanofiber trapped atoms
纳米尺度光波导周围的倏逝场提供了光与中性原子介观系综之间的有效界面。然而，被困原子的热运动，结合强烈的径向梯度的引导光，导致原子和光模式之间的时间调制耦合，从而引起额外的噪声和集体状态的运动失相。在这里，我们提出了一个偶极力自由计划的径向运动态的耦合，利用强强度梯度的导模和展示铯超精细基态和运动边带跃迁的全光耦合。我们利用这一点来延长陷阱寿命的原子系综的拉曼边带冷却的径向运动，这还没有被证明在纳米光学结构以前。我们的工作指向完全和独立的控制内部和外部原子的自由度只使用导光模式。
2017-08-11 physics.atom-ph
Motional heating of spatially extended ion crystals
本文研究了线性射频Paul阱中单个离子和扩展离子晶体运动模的加热，其精度为$Δ\dot{\bar{n}} \approx 0.2 $声子s $^{-1}$。单离子轴向和径向加热速率是一致的，电场噪声在四年的过程中一直保持稳定。在长期的频率为$ω_\mathrm{sec}=2π\times620$ kHz，我们测量$\dot{\bar{n}} = 0.56(6)$声子s $^{-1}$每离子的质量中心（COM）模式的线性链多达11个离子，并观察到没有显着的加热的异相（oop）模式。通过将离子从节线移开，引起过量的微动，射频噪声将COM模式二次加热，作为径向位移$r$的函数，通过每个离子的$\dot{\bar{n}}(r)/ r^2 = 0.89(4)$声子s $^{-1}$ $μ$ m $^{-2}$，而oop模式被保护不受线性链中射频噪声引起的加热。通过改变谐振射频电路的品质因数从$Q=542$到$Q=204$，我们观察到射频噪声的增加高达3倍。我们表明，射频噪声诱导加热的运动模式的扩展晶体也依赖于晶体的对称性和模式本身。作为一个例子，我们考虑几个2D和3D晶体配置。加热速率高达500声子s $^{-1}$观察到的个别模式，从而引起总动能增加，因此分数时间膨胀移位高达$-0.3\times 10^{-18}$ s $^{-1}$的总系统。此外，我们详细介绍了如何个别离子的激发概率降…
2021-05-28 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
Programmable XY-type couplings through parallel spin-dependent forces on the same trapped ion motional modes
本研究提出并实验验证了一种基于囚禁离子体系的XY型哈密顿量生成方案，通过并行自旋相关力实现两类伊辛相互作用的同步生成与独立调控，拓展了囚禁离子量子模拟器的应用范围。
2024-05-22 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.supr-con
State-dependent Gaussian gate set using an optical tweezer for trapped ions
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Paul Scherrer Institut (PSI)（保罗谢尔研究所）；Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所）；Department of Physics, University of Trieste（的里雅斯特大学物理系）；Quantum Center, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院量子中心）
本文利用光镊对囚禁40Ca+离子的运动模式实现态依赖的高斯门集，包括局部位移、压缩、相空间旋转和分束器操作，并通过光镊的相干自旋-运动耦合产生运动猫态。
2026-07-02 physics.atom-ph quant-ph
Trapped Rydberg ions: a new platform for quantum information processing
在这一章中，我们提出了一个概述的实验与捕获里德堡离子和概述的优势和挑战，开发应用程序的量子计算，传感和模拟的新平台。被捕获的里德伯离子具有几个重要的特性，在它们的组合中是独一无二的：它们被紧紧地束缚在保罗陷阱的谐波势中，在这种情况下，它们的内部和外部自由度可以以精确的方式控制。离子的内部态和运动态的高保真态制备已经被证明，并且内部态已经被用来存储和操纵量子比特信息。此外，强偶极相互作用可以在里德伯态的离子之间实现，并被探索用于研究相关的多体系统。通过激光耦合到里德伯态，离子的极化率可以被增强和调谐。这可以用于控制与保罗阱中的捕获场的相互作用以及离子之间的偶极相互作用。因此，被捕获的里德伯离子提供了一个有吸引力的替代快速纠缠操作相比，介导的正常模式的被捕获的离子，这是有利的未来的量子计算机或量子模拟器。
2020-07-26 physics.atom-ph quant-ph
Generation of Motional Squeezed States for Neutral Atoms in Optical Tweezers
Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所分子科学研究所）；Nanomaterials and Nanotechnology Research Center (CINN-CSIC), Universidad de Oviedo (UO)（阿斯图里亚斯自治区乌维多大学纳米材料与纳米技术研究中心）；Université Paris-Saclay, Institut d’Optique Graduate School, CNRS, Laboratoire Charles Fabry（巴黎萨克雷大学）；SOKENDAI (The Graduate University for Advanced Studies)（综合研究大学院大学）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC), RIKEN（理化学研究所）
中性原子在光学镊子中通过压缩运动实现更精确的位置控制，实验展示了5.8 dB的压缩效果。
2025-05-15 physics.atom-ph quant-ph
Formation of molecular ions by radiative association of cold trapped atoms and ions
本文采用基于有效实势的量子化学方法，对激光冷却Rb原子与碱土金属离子（Ca $^+$，Sr $^+$，Ba $^+$）和Yb $^+$，以及Li与Yb $^+$冷碰撞过程中的辐射发射进行了理论研究.辐射缔合的分子离子的预测发生的所有系统的截面大于辐射电荷转移一个两到十倍。部分和总的速率常数也计算和可用的实验进行比较。窄形状的共振是预期的，这可以在低温下检测到的实验分辨率在目前的标准的限制。振动分布也进行了计算，表明最终的分子离子没有创建在其基态水平。
2015-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Distributing entangled state using quantum repeater protocol: Trapped atomic ions in optomechanical cavities
研究了利用量子中继协议实现囚禁原子离子纠缠态的远距离分布。实际上，长距离被分成短的部分，然后在光机械腔中使用纠缠产生和纠缠交换技术，纠缠被分发。为了完成这项任务，我们在光机械腔中执行捕获的原子离子之间的相互作用，对捕获的离子进行适当的测量，并将Bell态测量作为一种众所周知的交换纠缠的方法。相应地，纠缠分布在目标离子之间，具有令人满意的成功概率和纠缠度值。计算了泵浦光的失谐量和振幅对纠缠度和成功几率的影响。随着失谐量的增加，纠缠度和成功概率的起伏减小。通过增加泵浦光的振幅，纠缠的极大值会重复出现更多次，成功几率会经历一个反转-恢复现象。
2021-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Fast multi-qubit global-entangling gates without individual addressing of trapped ions
提出并研究了在囚禁离子系统中加速纠缠操作的方法。首先，我们找到了一个方案，可以提高两量子比特门的速度，而不受陷阱频率的限制，这被认为是基本的限制。其次，我们研究了同时纠缠两个以上量子比特的快速门方案。我们采用在激光束上施加多个频率分量的方法进行门操作。特别地，为了避免从耦合到载流子跃迁的无限项，我们在这里集中于相位不敏感门方案。我们仔细研究了超过Lamb-Dicke近似极限的运动模的大激发的影响，包括Lamb-Dicke参数的二阶项。我们研究了没有单独寻址要求的多量子比特全局纠缠门的速度极限。此外，我们的门可以不敏感的初始运动相位的波动，这是很难稳定的相位不敏感的门计划。
2022-06-17 physics.atom-ph quant-ph
Coherent Control of the Rotational Degree of Freedom of a Two-Ion Coulomb Crystal
我们演示了双离子晶体角动量态的制备和相干控制。离子的平均角动量为$7780\hbar$，在圆对称势中以100 kHz自由旋转，使我们能够解决旋转边带。通过相干激发这些运动边带，我们创造了由多达四个角动量量子分离的叠加态。拉姆齐实验表明，预期的相位的叠加，这是依赖于量子分离的状态的数量。这些结果表明，在捕获离子的量子转子描述的集体运动状态的相干控制。此外，我们的工作提供了一个扩展的实用程序的捕获离子的量子模拟，干涉测量和传感。
2019-03-13 physics.atom-ph quant-ph
Towards Trapped-Ion Thermometry Using Cavity-Based EIT
Indian Institute of Technology Tirupati（印度理工学院蒂鲁帕蒂分校）
本文提出利用腔体EIT测量离子温度的方法，通过监测腔体探测传输建立EIT，简化测量流程，理论模型显示热离子状态影响EIT线宽，数值模拟展示EIT传输可用于推断离子温度及亚多普勒冷却态。
2026-07-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Motional ground-state cooling of single atoms in state-dependent optical tweezers
本文提出一种利用频率啁啾依次寻址红边带跃迁的新型激光冷却方案，在态依赖光镊中实现$^{88}$Sr单原子运动基态冷却，无需魔幻阱条件，并可用于原子阵列组装及分子、离子体系。
2023-08-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Comment on "Space-Time Crystals of Trapped Ions": And Yet it Moves Not !
对李同仓等人“囚禁离子的时空晶体”的评论（PRL 109，163001（2012）; arXiv：1206.4772
2012-11-20 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Spectroscopy and Thermometry of Drumhead Modes in a Mesoscopic Trapped-Ion Crystal using Entanglement
我们证明了光谱和测温的介观二维离子阵列中使用纠缠引起的退相干作为一种方法的转导的个别运动模式。我们的系统是一个$\sim$ 400 $μ$ m直径的平面晶体的几百个$^9$是$^+$离子表现出复杂的鼓面模式的潘宁陷阱的限制电位。利用精确控制的$^9$是$^+$价电子自旋，我们应用一个均匀的自旋相关的光偶极子力，激发任意的横模的有效波长接近粒子间的间距（$\sim$ 20 \nolinebreak $μ$ m）。低于1 nm的质心位移检测通过纠缠的自旋和运动自由度。
2012-07-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Method for Determination of Technical Noise Contributions to Ion Motional Heating
微制造的Paul离子阱在大规模量子信息处理中显示出巨大的应用前景。然而，离子的运动加热可能对小型化、可扩展设计中的量子逻辑操作的保真度具有不利影响。在许多实验中，由于静态（DC）和射频（RF）电极上存在的技术电压噪声对离子加热的贡献可以被忽略。我们提出了一种可靠的方法，用于确定在何种程度上运动加热占主导地位的DC或RF电极上的残余电压噪声。此外，我们证明，杂散直流电场可以移动离子的位置，使射频电极上的技术噪声可以显着地有助于运动加热速率。在最小化由杂散DC电场感生的离子所经历的赝势梯度之后，可以显著减少由于RF技术噪声而引起的运动加热。
2018-05-24 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Number-Resolved Detection of Dark Ions in Coulomb Crystals
虽然通过荧光成像计数激光冷却的捕获离子是简单的，但检测嵌入混合离子晶体中并被同情冷却的暗离子的数量更具挑战性。我们展示了一种方法来跟踪暗离子的数量在实时单粒子灵敏度。这是通过观察冷却剂离子发射的荧光量的离散步骤，同时激发暗离子的长期运动共振来实现的。通过计算荧光步骤的数量，我们可以识别暗离子的数量，而无需校准，也无需依赖于运动激发的任何物理模型。我们证明了该计划通过检测H $_2^+$和H $_3^+$离子嵌入在一个线性射频陷阱的$^+$离子库仑晶体。我们的方法可以同时观察不同类型离子的产生和破坏。除了暗离子的高分辨率光谱学，另一个应用是用单粒子灵敏度实时检测化学反应。这一点在这项工作中得到了证明。
2022-10-05 physics.atom-ph
Zero-Point cooling and low heating of trapped 111Cd+ ions
本文报道了射频（Paul）阱中~（111）Cd ~+离子的基态激光冷却。被困离子运动的加热速率测量两种不同的捕获几何形状和电极材料，其中没有努力屏蔽原子镉源的电极。测得的低加热速率表明，捕获的111 Cd+离子可能非常适合涉及原子运动的量子控制的实验，包括量子信息科学中的应用。
2004-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Reply to Comment on "Space-Time Crystals of Trapped Ions"
这是对Patrick Bruno（arXiv：1211.4792）对我们论文（Phys. Rev. Lett. 109，163001（2012））。
2013-06-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Reduction of trapped ion anomalous heating by in situ surface plasma cleaning
反常运动加热是囚禁离子可扩展量子信息处理的主要障碍。虽然这种加热的来源还不清楚，但以前的几项研究表明，表面污染物可能是主要原因。我们证明了一个改进的四个因素，在室温下的铌表面电极陷阱的加热速率通过原位等离子体清洗的陷阱表面。这种表面处理是用一个简单的自制线圈组件和商业上可用的匹配网络进行的，并且比其他处理（如离子铣削或激光清洗）要温和得多，这些处理之前已被证明可以提高离子加热速率。我们没有看到一个改进的加热速率时，在低温下操作的陷阱，指出热激活的表面污染物在运动加热的作用，其活动可能会冻结在低温下。
2015-05-14 physics.atom-ph
Motional resonances of three-dimensional dual-species Coulomb crystals
研究了由$^9$ Be、$^+$和$^{24}$ Mg $^+$离子组成的双组分库仑晶体在四棒线性Paul阱中的运动共振.我们的实验数据和模拟表明，这种混晶的长期运动具有丰富的动力学。它们的长期光谱可以与纯离子晶体的长期光谱显著不同。我们提出了一个简单的模型的基础上，两个不同的离子物种之间的库仑相互作用，解释了许多功能的长期频谱的机械耦合。我们的研究结果有助于更可靠地识别混合晶体中的离子种类。
2021-02-15 physics.atom-ph
