Long-lived giant circular Rydberg atoms at room temperature
Physikalisches Institut and Center for Integrated Quantum Science and Technology, Universität Stuttgart（斯图加特大学第五物理研究所与集成量子科学与技术中心）
本研究在室温下实现了长寿命的大环状瑞利德原子，通过普尔尔抑制黑体模式，使瑞利德态寿命超过10毫秒，为量子信息处理和传感提供了新可能。
2026-09-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum-classical lifetimes of Rydberg molecules
里德伯原子的一个显著特性是，它可以产生由一个高激发态原子和另一个处于基态的原子组成的分子。这种里德伯分子的首次发现开启了物理研究的一个活跃领域，并表明其基本性质可以在一个简单的模型中描述，该模型将基态原子视为一个小微扰器，该微扰器与里德伯电子的低能散射过程结合在一起[C. H. Greene等人，Phys.Rev.Lett.，85：2458（2000）]。除了理论和实验关于分子振动态的良好一致性之外，实验观察产生了令人惊讶的特征，即与裸里德伯原子相比，分子的寿命明显减少[B. Butscher等人，J. Phys. B：At.摩尔44，184004（2011）]。针对这一尚未得到解释的现象，本文在量子经典框架下研究了分子的振动基态。我们表明，里德堡波函数是连续失谐的存在下的运动基态原子和时间尺度上的失谐显着超过自然线宽是在良好的协议与观察到的减少寿命的里德堡分子。
2012-10-19 physics.atom-ph quant-ph
Anomalously enhanced lifetimes of low angular momentum Rydberg states in singly charged alkaline-earth metal ions
Institut für Theoretische Physik and Center for Integrated Quantum Science and Technology, Universität Tübingen（蒂宾根大学理论物理研究所与集成量子科学与技术中心）；School of Physics and Astronomy and Centre for the Mathematics and Theoretical Physics of Quantum Non-Equilibrium Systems, The University of Nottingham（诺丁汉大学物理与天文学学院及量子非平衡系统数学与理论物理中心）
本文发现单电荷碱土金属离子中某些低角动量里德伯态寿命异常增强（因子>8），零温源于偶极矩阵元相消，室温源于能级间距增大，对量子模拟与计算有重要意义。
2026-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg-positronium velocity and self-ionization studies in 1T magnetic field and cryogenic environment
我们的特点是脉冲里德伯电子偶素生产内的AEGIS（反物质实验：重力，干涉，光谱学）设备鉴于反氢形成通过冷反质子和慢里德伯电子偶素原子之间的电荷交换反应。在低温环境（10 K）和1 T磁场中，对正电子素沿两个轴向的速度进行了测量。速度测量是通过预先激发到$n=3$状态的光电离正电子素的MCP成像来完成的。一个方向的速度是通过多普勒扫描的这条$n=3$线，另一个方向垂直于前者通过延迟激发激光脉冲的飞行时间测量。自电离在磁场由于运动斯塔克效应也被量化通过使用相同的MCP成像技术的里德堡正电子素的有效主量子数$n_{eff}$范围在14和22之间。最后，我们讨论了我们的实验参数的优化，创造里德伯正电子素准备一个有效的脉冲生产反氢。
2022-02-22 physics.atom-ph
Manipulating Rydberg atoms close to surfaces at cryogenic temperatures
在$3 \text{K}$的温度下，用微波辐射脉冲对金表面和超导NbTiN表面附近处于里德伯态的氦原子进行了相干操纵。实验是用亚稳态$(1\text{s})^1(2\text{s})^1\, {}^1\text{S}_0$氦原子的掠射超声束进行的，该亚稳态氦原子被激光辐射激发到主量子数$n$介于$30$和$40$之间的$n\text{p}$里德堡能级。冷表面和准直光束中心之间的间隔可调节至$250 μ\text{m}$。短寿命的$n\text{p}$里德堡能级相干转移到长寿命的$n\text{s}$状态，以避免光激发区域和冷表面上方区域之间的里德伯原子的辐射衰减。进一步的相干操作的$n\text{s}$里德堡能级与脉冲微波辐射以上的表面使测量杂散电场，使我们能够研究原子系综的退相干。通过控制表面温度和监测冷却过程中实验室中H $_2$ O、N $_2$、O $_2$和CO $_2$的分压，使表面上残留气体的吸附和杂散场的缓慢积累最小化。补偿的杂散电场低于$100 \text{mV}/\text{cm}$的水平，实现了在一个区域的$6 \text{mm}$沿光束传播方向，其中，对于$1770 \text{m}/\text{s}$光束速度，意味着保持原子样品的相干性为几微秒以上的冷表面的可能性。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Long-lived circular Rydberg states of laser-cooled Rubidium atoms in a cryostat
里德伯能级的精致特性使它们对新兴的量子技术特别有吸引力。然而，在室温下，低角动量激光可达能级的寿命被光学跃迁和微波黑体辐射（BBR）诱导的转移限制在几个$100\,μ\mathrm{s}$。在降低BBR温度的低温环境中，利用圆形里德伯能级的几个$10\,\mathrm{ms}$寿命将获得相当大的改进。我们演示了在低温恒温器中激光冷却铷原子的长寿命环形里德伯能级的制备。我们观察到主量子数$n=52$的循环能级的$3.7\,\mathrm{ms}$寿命。通过监测相邻的圆形水平之间的传输，我们估计在原位的微波BBR温度为$(11\pm 2)\,\mathrm{K}$。测量的原子相干时间（$270\,μ\mathrm{s}$）在这里仅受技术磁场波动的限制。这项工作为量子模拟和冷环形里德伯原子传感开辟了有趣的前景。
2020-03-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A cryogenic neutral-atom platform with full optical access and 2-hour trap lifetime
Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学物理学院）；Munich Center for Quantum Science and Technology（慕尼黑量子科学与技术中心）
研究中性原子量子处理器因光学可达性与原子存储时间权衡限制量子比特数的问题，提出新型低温增强中性原子装置，实现单原子两小时囚禁寿命，为扩展到数万个原子阵列提供可行途径。
2026-07-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Lifetimes of ultra-long-range strontium Rydberg molecules
报道了由一个基态5s 2 1S 0原子和一个5s 38 s 3S 1态里德伯原子组成的超长程锶里德伯分子的低振动态寿命。这些分子是在光学偶极阱中的超冷气体中产生的，它们的数量是通过场电离来确定的，产物电子是通过微通道板来检测的。测量结果表明，与先前对铷里德伯分子的测量结果形成鲜明对比的是，低能级分子振动态的寿命与母体里德伯原子的寿命非常相似。这是因为在低能量电子铷散射中，在决定分子寿命方面起着重要作用的强p波共振在锶中不存在。这种共振的消失为涉及锶里德伯原子作为量子气体中杂质的实验以及对分子形成和衰变理论的检验提供了优势。
2015-11-20 physics.atom-ph
All-optical measurement of Rydberg state lifetimes
我们已经开发了一种全光学方法测量$n S$和$n D$里德堡态的寿命，并证明其能力与测量超冷${}^{87}$ Rb原子在低温环境中的稀释云。该方法是基于时间分辨观察共振光吸收的基态原子和选择性转移的里德伯原子到基态在不同的延迟时间，以重建里德伯衰减曲线。我们的${}^{87}$ Rb $30S_{1/2}$状态的测量表明，在较低的环境温度下的寿命增加，如预期的那样，由于减少了黑体辐射。对于具有吸引偶极-偶极相互作用的$38D_{5/2}$态，观察到由于碰撞效应导致的电离和寿命降低。
2015-07-09 physics.atom-ph
Spin-orbit-dependent lifetimes of long-range Rydberg molecules
Leipzig University（莱比锡大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Martin-Luther-University Halle-Wittenberg（马丁·路德·哈雷-维滕贝格大学）
研究通过理论和实验分析铯二聚体的长程瑞利德分子寿命，揭示自旋-轨道相互作用对寿命的影响，并展示其在超冷分子制备中的应用。
2026-02-02 physics.atom-ph quant-ph
Trapped arrays of alkaline earth Rydberg atoms in optical tweezers
具有里德伯介导相互作用的中性原子量子比特是开发大规模相干量子系统的领先平台。在迄今为止的大多数实验中，里德伯态没有被限制基态原子的相同势捕获，导致原子损失和对可实现的相互作用时间的限制。在这项工作中，我们证明了里德堡态的碱土金属原子，镱，可以稳定地捕获相同的红色失谐光镊，也限制了基态，通过利用Yb $^+$离子核心的极化率。使用以前未观察到的\tripletS系列，我们证明了捕获的里德伯原子寿命超过$100\,μ$ s，并观察到没有证据的自动或光电离从陷阱光为这些国家。我们测量了$T_2 = 59$和$μ$在两个里德堡能级之间的相干时间，超过了相同条件下未被俘获的里德伯原子的28个$μ$的寿命。这些结果对于延长里德伯原子阵列的相互作用时间进行量子模拟和计算是有希望的，并且对于在循环态或低温环境中利用延长的Rydberg寿命是至关重要的。
2019-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Quantum computation with longlived Rydberg-Landau atoms featuring suppressed ionization by the Magnetic Cage
针对Rydberg原子寿命短和易电离限制量子计算的问题，提出在2.5 Tesla强磁场下构建具有长寿命和抗电离特性的Rydberg-Landau态，以实现高保真量子操作并支持更复杂的量子算法。
2025-05-31 physics.atom-ph quant-ph
Millisecond-lived circular Rydberg atoms in a room-temperature experiment
环形里德堡态是量子技术的理想工具，具有巨大的相互作用和数十毫秒范围内的极长寿命，比激光可达的里德堡态大两个数量级。然而，这种寿命仅在零温度下观察到。在室温下，黑体辐射诱导的转移会湮灭这种循环态的基本资产，因此迄今为止，这种资产主要用于特定的复杂低温实验。在这里，我们证明，在激光冷却的原子样品，在室温下的主量子数60的循环状态寿命超过一毫秒。抑制结构是一个简单的平面并联电容器，有效地抑制黑体辐射诱导的转移。其中一个电容器电极是完全透明的，并提供对原子的完整光学访问，这是应用的基本特征。该实验为圆形里德伯原子在量子精密测量和量子模拟中的广泛应用铺平了道路。
2022-09-23 physics.atom-ph quant-ph
Non-adiabatic decay of Rydberg-atom-ion molecules
研究了电子势能面之间的非绝热耦合对里德伯原子离子分子（RAIM）的衰变影响。我们采用Born-Huang表示，并使用Crank-Nicolson算法进行数值模拟。计算了铷原子RAIM的最低十个振动态$ν$的非绝热寿命，并选取了Rydberg主量子数$n$ .非绝热寿命一般超过辐射里德伯原子寿命。我们观察到并解释了作为$ν$和$n$的函数的寿命的趋势，和属性的不规则性量子干涉所产生的浅势阱中的内电位表面。我们的研究结果将有助于进一步的光谱研究RAIM。
2021-08-24 physics.atom-ph
Long-lived collective Rydberg excitations in atomic gas achieved via ac-Stark lattice modulation
本文提出利用非共振交流斯塔克晶格调制冻结自旋波并消除热退相，将集体里德伯激发寿命延长一个数量级，为复杂集体激发协议奠定基础。
2024-07-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Photoionization Rates of Cs Rydberg Atoms in a 1064 nm Far Off-Resonance Trap
在1064 nm远共振偶极阱中测量了Cs（$50 \leq n \leq 75$）的$nD_{5/2}$里德堡态的光电离率。光电离率是通过测量里德伯原子的寿命内产生的1064 nm的远偏离共振陷阱和比较的寿命相应的控制实验中的磁光阱。控制实验的实验结果与最近的理论预测里德伯态寿命和测量的光电离率是一致的过渡率从模型势计算。
2010-10-05 physics.atom-ph
Quasiclassical calculations of BBR-induced depopulation rates and effective lifetimes of Rydberg nS, nP and nD alkali-metal atoms with n < 80
在77、300和600 K的环境温度下，在较宽的主量子数$n \le 80$范围内，计算了碱金属\textit{nS}、\textit{n} P和\textit{nD} Rydberg态的黑体辐射减布居率（BBR）和有效寿命.用准经典公式计算了里德堡态偶极跃迁的径向矩阵元。我们的数值计算结果与现有的理论和实验数据符合良好，我们还得到了简单的分析公式，估计的有效寿命和BBR引起的人口减少率，这与数值数据符合良好。
2009-11-06 physics.atom-ph
Transport on flexible Rydberg aggregates using circular states
相互作用的里德伯原子组合体为输运现象、量子化学和凝聚态系统的量子模拟带来了希望。这种方案通常受到里德堡态的有限寿命的限制。圆形里德伯态是里德伯态中寿命最长的，但在低角动量态的光谱特征中缺乏能量隔离。后者需要获得简单的传输模型，每个原子的电子状态很少。然而，简单的模型甚至可以通过利用偶极-偶极选择规则或外部场来实现圆形状态。我们在这里表明，这种方法可以是特别富有成效的情况下，量子传输耦合到原子运动，在绝热激发运输或量子模拟的电子-声子耦合在光捕获。此外，我们探索灵活的里德堡聚集体与圆形状态的实际限制，并在何种程度上可以使用经典模型描述圆形里德伯原子之间的相互作用。
2018-09-06 physics.atom-ph quant-ph
Measurement of the trapping lifetime close to a cold metallic surface on a cryogenic atom-chip
在低温原子芯片实验中测量了磁囚禁原子的囚禁寿命。超冷原子云与沉积在超导捕获线顶部的薄金层保持固定距离。寿命的研究作为一个功能的距离表面和电线。观察到不同的制度，其中的损失率是由技术的电流噪声在电线或约翰逊-奈奎斯特噪声在金属金层，在良好的协议与理论预测。远离表面，我们观察到异常长的捕获时间的原子芯片，在10分钟的范围内。
2009-01-27 physics.atom-ph
Autoionization-enhanced Rydberg dressing by fast contaminant removal
本研究利用类碱土原子中的自电离跃迁快速去除杂质，兼容光学时钟量子比特阵列的相干操作，通过将AI脉冲整合到频闪Rydberg dressing序列中，显著提升了系统寿命和占空比，并改善了自旋压缩程度。
2025-03-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Long-Lived Circular Rydberg Qubits of Alkaline-Earth Atoms in Optical Tweezers
本文首次在光镊中实现碱土金属锶原子高主量子数圆态里德伯态的制备与囚禁，测得室温下长达2.55 ms的寿命，并演示了微波量子比特的相干操控，为二价原子圆态里德伯量子模拟开辟新途径。
2024-03-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Adsorbate Electric Fields on a Cryogenic Atom Chip
我们研究了低温原子芯片从室温冷却到低温时，吸附物产生的电场的行为。使用里德伯电磁感应透明，我们测量的场强与距离从一个1平方毫米的YBCO图案到YSZ芯片基板。我们发现，在室温下，一个本地化的和稳定的偶极场，并归因于化学吸附的铷原子的饱和层的YBCO。当芯片冷却到83 K时，我们观察到电场的符号变化以及从局部到离域偶极子密度的转变。我们涉及到这些变化的发病时，在芯片表面上的物理吸附的范德华吸引力克服了热脱附机制。我们的研究结果表明，通过仔细选择衬底材料，它可能会减少原子吸附在芯片上所造成的电场，开放实验控制里德伯表面耦合方案。
2014-01-03 physics.atom-ph
Achieving a long lifetime synchronized state in a thermal vapor Rydberg time crystal
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado（科罗拉多大学）
本研究通过脉冲射频驱动实现热蒸气里德伯原子系综时间晶体的长寿命同步态，研究相位扩散与夹带机制，并建立经典Fokker-Planck模型，为频率和相位稳定应用提供新途径。
2026-10-08 physics.atom-ph
Ultrafast Dynamics of the Rydberg States of CO$_{2}$: Autoionization and Dissociation Lifetimes
本研究利用阿秒XUV泵浦-探测光电子能谱测量了CO$_{2}$分子Henning锐线里德堡态的超快弛豫动力学，通过建模预解离与自电离的竞争，首次提取了n=4, 5, 6态的自电离和预解离寿命。
2024-07-25 physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum Computing with Circular Rydberg Atoms
里德伯原子阵列是量子计算和模拟的领先平台，它将强相互作用与高度相干的操作和灵活的几何结构相结合。然而，可实现的量子效率受限于里德堡态的有限寿命，以及诸如原子运动等技术缺陷。在这项工作中，我们提出了一种新的方法，里德伯原子阵列使用长寿命的圆形里德伯态的光阱。基于这些状态的极长寿命，在抑制辐射跃迁的低温微波腔中超过几秒，以及对有限原子温度具有鲁棒性的门协议，我们计划使用当前技术可以实现数百个圆形里德伯原子的阵列，其中$10^{-5}$周围具有两个量子位的门误差。这种方法结合了几个关键要素，包括用于圆形里德堡态的量子非破坏检测技术，使用聚焦光束的有质动力势的局部操纵，使用多个圆形水平编码量子位的门协议，以及强大的动态解耦序列，以抑制原子运动中不必要的相互作用和错误。这代表了对中性原子的量子计算和模拟的当前最新技术的显著改进。
2021-03-23 physics.atom-ph quant-ph
Radiative lifetime measurements of rubidium Rydberg states
在28 < n < 45范围内测量了铷原子ns、np和nd里德堡态的辐射寿命。为了能够测量长寿命状态，我们的实验使用磁光阱（MOT）中缓慢移动的Rb原子。采用了两种实验技术来减小随机误差和系统误差。首先，使用窄带宽脉冲激光来激发目标里德堡态，从而在初始状态布居中产生最小的拍摄到拍摄的变化。第二，我们监测的目标状态人口作为从激光脉冲的时间延迟的函数，使用短的持续时间，毫米波脉冲是共振的单光子或双光子跃迁。然后，我们选择性地对监测状态进行场扫描，并用微通道板检测所产生的电子。该信号是目标状态布居的精确镜像，并且不受来自由黑体辐射布居的其它状态的贡献的污染。我们的研究结果与其他最近的实验结果使用一个不太敏感的方法得到的一般是一致的，也是在良好的协议与理论。
2009-11-05 physics.atom-ph
Defect-free arrays at the thousand-atom scale in a 4-K cryogenic environment
Pasqal SAS（帕斯卡尔公司）；Université Paris-Saclay, Institut d’Optique Graduate School, CNRS, Laboratoire Charles Fabry（巴黎萨克雷大学、高等光学学院、法国国家科学研究中心、夏尔·法布里实验室）
本文提出一种4K低温平台，利用高数值孔径光学实现大尺度镊子阵列，显著延长了制备大尺度阵列的实验时间，成功制备出含1024个原子的无缺陷阵列，为量子计算提供新机遇。
2026-04-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Fluorescence-lifetime-limited trapping of Rydberg helium atoms on a chip
亚稳态（1 s）（2 s）的$^3{\rm S}_1$氦原子产生的超音速束被激发到里德伯-斯塔克态（$n$在$27-30$范围内）在低温环境中，随后减速，并捕获以上，表面电极减速器。在捕获实验中，里德伯原子在75~ $μ$ s和33~mm的距离内静止，并在$0-525$ ~ $μ$ s范围内保持静止时间$t_{\mathrm{trap}}$，然后再被脉冲场电离加速用于探测。使用自制的阀产生持续时间约为20 $μ$ s的短气体脉冲，使得能够减少气体脉冲的尾部部分中与原子碰撞所产生的损失。将减速器冷却到4.7 K进一步抑制了由黑体辐射和与从减速器表面脱附的原子碰撞引起的跃迁引起的损失。减速过程中原子损失的主要贡献（60%）归因于能量高于陷阱鞍点的原子从减速器移动陷阱中逃逸、自发发射以及与气体脉冲尾部中的原子碰撞，每一个仅造成约20%的原子损失。在4.7 K时，发现实验中捕获阶段的原子损失几乎完全由自发发射引起，并且发现陷阱寿命对应于里德伯-斯塔克态的自然寿命。提高温度到100 K增强了陷阱的损失由黑体辐射刺激的转变。
2019-04-16 physics.atom-ph
Three-dimensional trapping of individual Rydberg atoms in ponderomotive bottle beam traps
我们演示了单个里德伯原子在全息光瓶阱中的三维囚禁。从标准光镊中的冷基态$^{87}$ Rb原子开始，我们将它们激发到$nS_{1/2}$、$nP_{1/2}$或$nD_{3/2}$里德堡态，并将它们转移到850 nm的空心阱中。对于主量子数$60 \leqslant n \leqslant 90$，在300 K环境下，测量的俘获时间与里德伯态寿命相吻合.我们表明，这些陷阱是兼容的量子信息和模拟任务，通过执行单量子比特微波拉比跳，以及通过测量的相互作用引起的，相干的自旋交换动力学之间的两个被困里德伯原子分离40 $μ$ m。这些结果将在实现高保真度的量子模拟和使用里德伯原子的量子逻辑运算中得到应用。
2019-08-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Cs nDJ Rydberg-atom macrodimers formed by long-range multipole interaction
对D态铯里德伯原子形成的长程大二聚体进行了实验和计算研究。在铯原子阱中，通过双色光缔合反应制备了长程多极相互作用的铯62 DJ-62 DJ里德伯原子大分子二聚体。第一种颜色（脉冲A）共振激发种子里德伯原子，而第二种颜色（脉冲B，由分子结合能失谐）共振激发62 DJ对渐近线以下的里德伯原子大二聚体状态。里德伯原子分子的测量是通过提取自电离产物和里德伯原子电场电离以及离子检测来实现的。分子光谱与绝热分子势的计算进行了比较。分子的寿命是从指数拟合的依赖性的分子信号上的检测延迟时间，发现约6我们的寿命。
2017-09-18 physics.atom-ph
High-fidelity control and entanglement of Rydberg atom qubits
单个中性原子被激发到里德堡态是量子模拟和量子信息处理的一个很有前途的平台。然而，迄今为止，实验进展一直受到限制的相干时间短，相对较低的门与里德堡激发。我们报道了里德伯原子量子比特的高保真量子控制的进展。通过减少激光相位噪声，我们的方法产生了显着改善个别量子比特的相干性。通过制备保真度超过0.97（3）的双原子纠缠态，并利用双原子动力学解耦协议延长其寿命，我们进一步证明了这种高保真度控制可以扩展到多粒子情形。这些进展为中性原子的可扩展量子模拟和量子计算开辟了新的前景。
2018-06-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Driven-dissipative dynamics of a strongly interacting Rydberg gas
本文研究了激光作用下基态碱金属原子与里德堡态弱混合冷气体的非平衡多体动力学。在短于修饰态寿命的时间尺度上，原子之间有效的偶极-偶极或范德华相互作用可以导致强关联相的形成，例如原子晶体。使用半经典的方法，我们研究了长时间的动力学，由于自发发射和黑体辐射的消相干和耗散过程占主导地位，导致加热和熔化的原子晶体以及粒子的损失。这些影响可以通过在存在原子修整的情况下执行主动激光冷却来显著减轻。
2012-07-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Tracking Rydberg atoms with Bose-Einstein Condensates
我们提出通过里德伯电子与宿主凝聚体的弹性相互作用来跟踪移动里德伯激发杂质原子的位置和速度。轨迹首先出现在凝析相中，然后自然地转换为凝析密度或动量分布中的特征。因此，凝聚态的作用类似于基本粒子物理学早期的云室或泡室。该技术将是有用的探索里德伯-里德伯散射，罕见的非弹性过程中涉及的里德伯杂质，相干里德伯运动和凝聚体上的杂质所施加的力。我们的模拟结果表明，可分辨的轨道可以在浸没的里德伯寿命和冷凝加热的控制下产生。最后，我们证明了这种里德伯跟踪技术的实用性，研究电离里德伯碰撞或角动量变化与凝聚体的相互作用。
2019-04-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Laser Trapping of Circular Rydberg Atoms
里德伯原子是量子模拟和计算的重要工具。它们是主要基于低角动量里德堡态的激烈实验活动的焦点。不幸的是，原子运动和能级寿命限制了实验的时间尺度约为100 $μ$ s。在这里，我们展示了长寿命的圆形里德堡态的激光捕获长达10毫秒。我们的方法是非常普遍的，并打开了许多机会，量子模拟。10ms的捕获时间对应于基于循环态的量子模拟器中的数千个相互作用周期。它在量子计量学和里德伯原子的量子信息方面也有着广阔的应用前景。
2019-11-06 physics.atom-ph quant-ph
Non-adiabatic quantum state preparation and quantum state transport in chains of Rydberg atoms
受光晶格中冷原子实验操作的最新进展的启发，我们研究了三种不同的方案在里德伯原子链中非绝热量子态制备和态输运。我们讨论的协议是基于原子之间的封锁机制，当激发到里德伯态时，通过范德华势相互作用，并依赖于单点寻址。具体来说，我们讨论协议有效创建一个反铁磁GHZ状态，一类矩阵产品的状态，包括所谓的里德伯晶体和一个单量子位量子态之间的原子链两端的状态传输。我们确定的系统参数，允许操作的时间尺度上的协议短于里德堡态的寿命，同时产生高保真度的输出状态。我们讨论了位置无序对所产生的状态的影响，并评论由于其他来源的噪声，如辐射衰减的里德伯态的限制。该协议为基于里德伯原子的量子信息处理平台的性能测试提供了一个测试平台。
2017-12-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Array of Individual Circular Rydberg Atoms Trapped in Optical Tweezers
本文首次在可编程光学瓶形光束阵列中实现单个圆形里德堡原子的激光囚禁，并通过空间与能级选择性光学探测观测其寿命及阱内振荡。
2023-04-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Transferring vibrational states of trapped atoms via a Rydberg electron
该研究提出利用里德堡电子与基态原子的散射，实现微米级距离陷俘中性原子间的振动态相干转移，并发现存在近乎完美且快速的“最佳点”。
2024-12-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Rydberg polaritons in a thermal vapor
我们提出了一个脉冲四波混频（FWM）方案，通过一个里德堡态来创建，存储和检索集体里德堡极化激元。该存储介质由限制在220 μm厚的盒中的热Rb原子的气体组成，这些热Rb原子被加热到室温以上。实验序列包括通过D1线的里德堡极化激元的脉冲激发，可变延迟或存储时间，以及通过D2线的最终检索脉冲。里德伯极化激元的寿命约为1.2 ns，几乎完全受激发带宽和原子相应的运动退相的限制。所提出的方案结合了一个严格限制的原子系综是一个很好的候选人，一个确定性的单光子源，只要强相互作用在里德伯封锁方面被添加。
2016-03-18 physics.atom-ph quant-ph
Non-destructive optical read-out and manipulation of circular Rydberg atoms
Laboratoire Kastler Brossel, Collège de France, CNRS, ENS-Université PSL, Sorbonne Université（卡斯特尔-布罗塞尔实验室，法兰西公学院，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，索邦大学）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
提出一种混合平台，利用辅助低角动量里德伯原子通过Förster共振实现圆形里德伯原子的非破坏性量子检测和局域操控，为量子计算和模拟提供新工具。
2025-09-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quadrupole coupling of circular Rydberg qubits to inner shell excitations
本文在锶原子中实现了圆里德伯量子比特与内壳层激发间的电四极耦合，通过拉姆齐干涉法测量了千赫兹级位移，并验证了相干性保持，为量子模拟和光学控制提供了新途径。
2024-09-18 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Angular-momentum couplings in long-range Rb$_2$ Rydberg molecules
本文研究了$^{87}$ Rb $_2$ Rydberg分子与5S $_{1/2}$基态原子之间的角动量耦合。我们使用的费米模型，包括S-波和P-波的单重态和三重态的里德堡电子与5S $_{1/2}$原子的散射，以及精细结构耦合的里德堡原子和超精细结构耦合的5S $_{1/2}$原子。我们讨论了这些耦合对绝热分子势的影响。我们得到的束缚态能量，寿命，和电和磁偶极矩的振动基态的$^{87}$ Rb $(n$ D $+5$ S $_{1/2})$分子在所有的绝热势，包括精细和超精细结构。我们还研究了超精细结构对深$^3$ S波和$^3$ P波主导的绝热分子势的影响，这些势支持高$\ell$ $^{87}$ Rb $_2$ Rydberg分子。
2014-09-08 physics.atom-ph quant-ph
Radiative rotational lifetimes and state-resolved relative detachment cross sections from photodetachment thermometry of molecular anions in a cryogenic storage ring
在低温储存环中，对一束OH $^-$进行了20分钟的光剥离温度测量。在平衡与低级别的黑体场，我们发现一个有效的辐射温度接近15 K的旋转基态的所有离子的约90%。我们测量了J = 1的自然寿命（约193 s），并以1.5%的不确定性确定了OH $^-$旋转跃迁偶极矩。我们还测量旋转相关的相对近阈值光剥离截面的光剥离测温。
2017-07-16 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.chem-ph
Ultracold chemical reactions of a single Rydberg atom in a dense gas
在超冷温度（$T < 1\,μ\text{K}$）下的稠密环境（$ρ\approx 10^{14}\,$ atoms/cm $^3$）中，被激发到里德伯态的单个原子充当周围中性原子的反应中心。在这些温度下，几乎所有在里德伯轨道内的中性原子都被束缚在里德伯核上，并与里德伯原子相互作用。我们研究了$nS$ $^{87}$ Rb Rydberg态的反应速率和产物，主要观察到Rydberg电子到高轨道角动量$l$的状态变化，释放的能量转化为里德伯原子的动能.出乎意料的是，测量结果表明，在$n\approx 100$的非弹性碰撞时间的阈值行为，导致增加的里德伯态的寿命独立的密度调查。即使在非常高的密度（$ρ\approx4.8\times 10^{14}\,\text{cm}^{-3}$）下，与$n=90$下的$1\,μ\text{s}$相比，在$n > 140$下的里德伯原子的寿命超过$10\,μ\text{s}$。此外，第二个观察到的反应机制，即Rb $_2^+$分子的形成，进行了研究。对于$n=40$，两种反应产物的可能性相等，但对于$n\ge90$，产生的Rb $_2^+$的分数降至低于10 $\,$ %。
2016-09-12 physics.atom-ph
Symmetric Rydberg controlled-Z gates with adiabatic pulses
我们分析了中性原子里德堡$C_Z$门的基础上的绝热脉冲对称地施加到两个原子。利用光滑脉冲波形和Cs原子参数的分析预测，利用绝热快速通过（ARP）脉冲，门可以产生具有保真度${\mathcal F}>0.999$的Bell态。利用全局优化的绝热脉冲波形，在双光子激发过程中，我们产生了具有保真度${\mathcal F}=0.997$的Bell态。该分析充分考虑了中间态和里德伯态的自发发射，包括室温环境中的里德伯寿命，但不包括激光噪声引起的误差。门协议不需要单独寻址，并显示出对由于原子运动的多普勒频移是强大的。
2020-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Spatially Resolved Excitation of Rydberg Atoms and Surface Effects on an Atom Chip
我们在原子芯片上演示了空间分辨的里德伯原子的相干激发。利用电磁感应透明（EIT）技术研究了镀金芯片表面附近里德伯原子的性质。我们测量的距离相关的位移（~10 MHz）的里德堡能级所造成的空间不均匀的电场。测得的场强和距离的依赖性是在协议与一个简单的模型由一个本地化的补丁Rb吸附物沉积在芯片表面上的实验过程中产生的电场。EIT共振仍然很窄（< 4 MHz），观察到的宽度与原子表面距离无关，低至~20 \mum，表明里德伯态的寿命相对较长。我们的结果为原子芯片上里德堡激发原子的偶极物理、集体激发、量子精密测量和量子信息处理等研究开辟了道路。
2010-04-19 physics.atom-ph quant-ph
Towards implementation of a magic optical-dipole trap for confining ground-state and Rydberg-state cesium cold atoms
长的基态-里德伯相干寿命对于实现高保真量子逻辑门、多体物理和其他量子信息协议是很有意义的。然而，传统的远场共振红失谐光偶极阱（ODT）所形成的势对里德伯原子具有排斥性，这将导致原子损失快，实验序列重复率低。这些问题可以通过一个神奇的ODT来解决。计算了铯原子基态和里德伯态在同一势阱中的束缚态的ODT魔失谐量。采用态求和方法计算了铯原子的$6S_{1/2}$基态和高激发态（$nS_{1/2}$和$nP_{3/2}$）里德堡态的动态极化率，并确定了相应的魔失谐量.通过考虑不同的耗散机制，我们估算了铯里德伯原子在魔ODT中的囚禁寿命。此外，我们还实现了一个1879.43 nm的单频激光系统，获得了瓦级的输出功率，用于建立$6S_{1/2}$基态和$84P_{3/2}$里德堡态铯原子的魔术光学倍增管。
2020-05-20 physics.atom-ph
Robust control and optimal Rydberg states for neutral atom two-qubit gates
本研究利用量子最优控制技术，为中性原子平台设计了抗实验控制偏差的鲁棒CZ门，结合锶-88原子物理性质确定最优Rydberg态，在考虑Rydberg态有限寿命下实现了高Bell态保真度，有效降低近期量子计算设备的错误率。
2023-04-21 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg molecules bound by strong light fields
研究证明 Rydberg macrodimers 在强光场耦合下能与自由运动态连续态形成束缚态，克服了传统退相干机制，并利用 Fano 模型解释了强耦合共振现象，为控制退相干和束缚多原子分子提供了新机制。
2024-01-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Guiding of Rydberg atoms in a high-gradient magnetic guide
本文研究了$^{87}$ Rb 59 D $_{5/2}$里德伯原子在高梯度直线双线磁波导中的导向作用。采用延时微波电离和离子探测技术探测里德伯原子的运动。我们观察到引导的里德伯原子在一段时间内的5毫秒以下的激发。被引导原子信号的衰减时间约为初始状态的5倍。我们将寿命的增加归因于初始阶段的$l$变化碰撞和热诱导的里德伯-里德伯跃迁。对里德伯原子引导的详细模拟再现了大多数实验观察，并提供了对内部状态演化的洞察。
2012-02-23 physics.atom-ph
Quantum information with Rydberg atoms
主量子数量子数n >> 1的里德伯原子具有夸张的原子性质，包括偶极-偶极相互作用的比例为n^4，辐射寿命的比例为n^3。十年前就有人提出利用这些特性在中性原子量子比特之间实现量子门。一个强大的，长距离的相互作用，可以相干地打开和关闭的可用性是一个使资源的广泛的量子信息任务远远超出了原来的门的建议。Rydberg使能的能力包括远程双量子位门、多量子位寄存器的集体编码、鲁棒的光原子量子接口的实现以及模拟量子多体物理的潜力。本文综述了近十年来里德堡介导的量子信息处理的理论和实验研究进展。
2010-05-12 physics.atom-ph quant-ph
Reducing Rydberg state dc polarizability by microwave dressing
本文利用失谐RF微波缀饰52P_{3/2}与51D_{5/2}态，在77 K下将铯里德伯态直流极化率降低逾80%，并揭示其强各向异性，有助于混合量子门开发。
2023-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Analysis of imperfections in the coherent optical excitation of single atoms to Rydberg states
我们研究实验各种物理限制和技术缺陷，导致阻尼和有限的对比度的光驱动的拉比振荡之间的基态和里德堡态的一个原子。有限的对比度是由于准备和检测误差，我们展示了如何建模和测量它们准确。这些误差的一部分来源于里德堡态的有限寿命，我们观察到它的$n^3$标度与主量子数$n$。为了解释拉比振荡的阻尼，我们使用简单的数值模型，考虑到独立测量的实验缺陷，并表明，所观察到的阻尼实际上是由几个小的影响，每个在几个平行分量的水平积累的结果。我们讨论的前景，以提高相干性的基础里德伯拉比振荡的应用在量子模拟和量子信息处理与阵列的单个里德伯原子。
2018-02-28 physics.atom-ph quant-ph
Forces on alkali Rydberg atoms due to non-linearly polarized light
本文提出利用非线偏振光感生的矢量极化率，对碱金属里德伯原子施加远强于标量/张量极化率的力，实现长时间囚禁，并生成具有位置相关力的光-原子混合态，以推动量子模拟。
2025-06-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Spectroscopy of cold rubidium Rydberg atoms for applications in quantum information
处于高激发态（里德伯态）的原子具有许多独特的性质，这使得它们在量子信息中的应用具有吸引力。这些是大的偶极矩，寿命和极化率，以及里德伯原子之间的强长程相互作用。激光冷却和精密光谱学的实验方法使得能够捕获和操纵单个里德伯原子，并将它们应用于基于光阱中的单个中性原子的量子计算机的量子比特上的量子门的实际实现。本文综述了作者在俄罗斯科学院罗扎诺夫半导体物理研究所和新西伯利亚国立大学进行的关于磁光阱中冷铷里德伯原子的激光和微波光谱及其在量子信息中的可能应用的实验和理论工作。我们还简要回顾了其他团体在这方面所做的研究。
2016-05-24 physics.atom-ph quant-ph
