Ground states and dynamics of a trapped charged particle in the magnetic field
考虑了两个带电粒子在外加磁场的简谐势阱中的系统。这个问题被简化为相对坐标系中的单粒子问题。求得了基态和最低激发态能量及波函数，发现基态的速度（动量）期望值不为零，几率流密度也不为零.当基态简并时，速度的期望值变得不连续。通过求解适当的含时薛定谔方程，研究了与开启磁场相关的效应。在突然（时间上不连续）和连续接通之间没有观察到实质性差异。研究了初始为高斯分布的波包的演化。波包失去了它的高斯性质，并且在足够长的时间之后，建立了衍射最大值和最小值的系统。
2013-10-15 quant-ph
Quantum carpets: A probe to identify wave packet fractional revivals
解释了囚禁在无限深势阱中的原子或电子的德布罗意波自干涉在位置和动量空间中编织的量子地毯。在这些地毯的设计中自相似结构的重现模仿了量子复兴和分数复兴的现象。我们通过这些时空和动量-时间干涉图来识别不同阶的分数回复。
2016-07-25 quant-ph
Morphology of an interacting three-dimensional trapped Bose-Einstein condensate from many-particle variance anisotropy
位置算子的方差与波包的宽度或宽度有关，动量方差与动量空间中波包的大小类似地相关，角动量方差量化了波包的非球对称程度。我们研究了在无限粒子数极限下相互作用的三维囚禁玻色-爱因斯坦凝聚体，并研究了它的位置、动量和角动量各向异性。通过计算位置、动量和角动量算符的三个笛卡尔分量的方差，我们提出了简单的方案，其中玻色-爱因斯坦凝聚体的各向异性在多体和平均场理论水平上是不同的，尽管每个粒子具有相同的多体和平均场密度。这表明了一种方法来分类的相关性通过形态的100\%凝聚玻色子在一个三维的陷阱在无限数量的粒子的限制。简要讨论了影响。
2021-06-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Observing the phase space trajectory of an entangled matter wave packet
我们对囚禁离子纠缠波包的相空间轨迹进行了高精度的观测。在自旋态的叠加上施加自旋相关的光力允许物质波包的相干分裂，使得相空间中出现两个不同的分量。我们观察到这样的运动的精度优于9%的波包扩展的动量和位置，对应于0.8 nm的位置分辨率。我们精确地研究了初始离子温度对量子纠缠动力学的影响。此外，我们绘制出的声子分布在整个位移力的作用。我们的研究表明，系统演化的简化模型的更正。这些动力学的精确知识可以改善离子晶体的量子门，并导致大位移的纠缠物质波态。
2010-06-02 quant-ph
Wave packet landscape in open quantum systems
Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
研究线性开放量子系统中波包展开的长期行为，通过量子景观方法揭示扩散、局域化和坍缩的统一起源，基于协方差空间的对称结构。
2026-11-13 quant-ph
Quantum interference structures in trapped ion dynamics beyond the Lamb-Dicke and rotating wave approximations
本文应用波包方法研究了强激发态下的离子阱系统，既不采用旋波近似，也不采用Lamb-Dicke近似。通过这种方法，我们表明存在的限制相空间演化的状态，作为一个真正的后果之间的量子干涉波包分数。这种状态的一个特殊实例在组成子系统之间的最大纠缠和纯解纠缠之间振荡。特征交叉时间是非常迅速的，使它们适合EPR或薛定谔猫态的状态准备。在较长的时间内，这些国家的动态表现出良好的解决分数的自相关，反转和纠缠的复苏模式。
2008-05-16 physics.atom-ph quant-ph
Quantum simulation of the Klein paradox with trapped ions
我们报道了用囚禁离子对相对论散射动力学的量子模拟。散射粒子的模拟状态被编码在离子的电子和振动状态中，代表相对论波函数的离散和连续分量。多个激光场和一个辅助离子模拟了散射势存在下狄拉克方程产生的动力学。粒子波包的测量和重建使得散射过程的逐帧可视化成为可能。通过精确地设计一系列的外部势，我们能够模拟教科书相对论散射实验，并在模拟量子模拟器中研究克莱因隧穿。我们描述扩展来解决超出当前经典计算能力的问题。
2011-01-26 quant-ph
The long-term cyclotron dynamics of relativistic wave packets: spontaneous collapse and revival
本文研究了相对论电子波包的坍缩效应、回复效应和{ \it Zitterbewegung}（ZB）现象。相对论电子波包是量子数在几十个量级的$n_0$附近出现尖峰的态的叠加。分析计算了电子包中心的概率密度、平均速度和平均自旋分量，并进行了可视化。我们的计算表明，由于失相的状态的时间大于回旋周期的初始波包（其中包括与正能量的状态只）失去了空间本地化，使演化不能再描述经典。然而，在半复苏时间$t=T_R/2$，它的重塑首先发生。包含两个能带（具有$E_n>0$和$E_n<0$）的状态的波包的行为更复杂。在几个经典周期的短时间内，这样的包分裂成两部分，这两部分以相反方向的回旋频率旋转，并且每半个回旋周期相遇。在这些时刻，它们的波函数有明显的重叠，导致ZB。在分数恢复时，两个子分组中的每一个被分解成几个分组分数。然而，在$t=T_R$的两个子包（具有正或负能量）中的每一个在回旋加速器轨道的不同点处恢复，这使得不可能完全不同于仅由具有能量$E_n>0$的状态组成的波包来重塑初始波包。所得结果可用于描述天体上相对论等离子体的电磁辐射和吸收，其中超高磁场具有$10^8-10^9$ T量级的值，以及解释捕获离子的实验。
2011-11-23 quant-ph
Identifying resonances with wave-packet dynamics
基于强窗口算子技术，提出了一种研究共振行为的新方法--利用波包动力学。该方法的说明和量化的应用程序的天体物理学的重要的例子，低能量$^{12}$ C + $^{12}$ C碰撞。对于这个选定的，潜在的模型测试的情况下，该技术被证明是提供共振能量和宽度与替代方法，如复杂的能量散射矩阵极点搜索和散射相移分析协议。该方法具有更普遍的能力来研究跨学科的共振现象，涉及被潜在口袋暂时捕获的粒子。
2019-02-13 nucl-th physics.comp-ph quant-ph
Space-time evolution of Dirac wave packets
本文研究了具有不同自旋极化的自由三维相对论高斯波包的动力学性质。分析了初态对称性与运动粒子动力学特性之间的联系。对具有不同对称性的狄拉克方程的相应解进行了解析和数值计算，并对电子几率密度和自旋密度进行了可视化。解析计算了包中心速度和平均自旋的平均值，得到了不同方向的瞬态Zitterbewegung参数。这些结果可用于解释未来的实验与捕获离子。
2010-07-24 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Probing surface states with many-body wave packet scattering
一维物质波亮孤子在吸引势上的散射使其能够布居束缚态，这是非相互作用波包不可能实现的特征。与无相互作用态相比，布居态被原子间的吸引相互作用重整化，并保持相同的拓扑结构。这种重整化甚至可以将虚态转变为束缚态。通过自动地关闭相互作用，被俘获的波包收敛到真正的非相互作用束缚态。我们的数值研究表明，这样的散射实验可以揭示和表征的平移不变性已被打破的周期性结构的表面状态。我们提供的证据表明，相应的3D政权应该是访问与当前的技术。
2016-09-12 cond-mat.quant-gas nlin.PS quant-ph
Resonance fluorescence of a trapped three-level atom
本文从理论上研究了一个简谐囚禁原子的共振荧光光谱，该原子的内部跃迁为$Λ$ -型跃迁，在一对激光的双光子共振驱动下，原子的质心运动被冷却.对于这种配置，光子散射只是由于光与原子之间的量子相互作用的机械效应。本文研究了原子质心动力学为量子力学、波包尺寸远小于激光波长（Lamb Dicke极限）时，激光冷却最后阶段的辐射谱。我们利用原子密度矩阵的主方程的Liouville算子的谱分解和应用二阶微扰理论。我们发现共振荧光的光谱由两个窄边带组成-散射光的斯托克斯和反斯托克斯分量-而所有其他信号一般都小几个数量级。然而，对于非常低的温度，光谱的Mollow型非弹性分量变得可见。这表现出新的功能，使进一步深入了解系统的量子动力学。我们提供了一个物理模型，解释我们的结果，并讨论如何可以恢复温度和冷却速率的原子从光谱。所考虑的系统的行为进行了比较与共振荧光的被困原子的内部跃迁由两个级别。
2003-08-29 quant-ph
Real-time quantum calculations of phase shifts using wave packet time delays
提出了一种利用碰撞早期和中期的实时演化来提取散射过程相移的方法，以估计波包的时间延迟。这个过程是方便的，当使用噪声量子计算机的渐近外态行为是不可达的。我们证明，具有挑战性的傅立叶变换的状态准备和测量中所涉及的电流捕获离子设备和IBM量子计算机可以实现在$1+1$尺寸。我们比较了在单粒子量子力学极限和可扩展的量子场论公式中获得的时间延迟的量子计算与精确的数值结果。我们讨论了Wigner公式中的有限体积效应，它把时间延迟和相移联系起来。报告的结果涉及两个和四个量子比特的计算，我们讨论了在不久的将来更大规模的计算的可能性。
2021-03-11 hep-lat quant-ph
Simulating Meson Scattering on Spin Quantum Simulators
针对量子模拟器中强子波包制备的难题，提出两种基于Ising自旋哈密顿量模拟器的复合粒子波包制备方法，经数值验证可实现高保真波包，并观测到具有显著实验信号的非弹性散射区域，为近期量子模拟高能碰撞提供了可行方案。
2025-06-08 cond-mat.quant-gas hep-ph nucl-th
Atom Optics Quantum Pendulum
我们解释了冷原子的动力学，最初被困在磁光阱和冷却，在单色固定的电磁波场。在大失谐极限下，系统被建模为非线性量子摆。我们证明了量子粒子的波包演化探测了量子摆中的参数机制，这些机制支持经典周期、量子力学复苏和超复苏现象。有趣的是，在量子复兴时间的特定参数状态下，完全重建与势高度无关。
2010-12-29 quant-ph
Coherent tunneling and quantum coherence oscillations at the atomic level
利用含时薛定谔方程和准经典哈密顿方法研究了扫描隧道显微镜表面-针尖结中原子的量子波包的演化。估计关注的是一个双阱结势偏置的双原子。精确的处理表明，亚稳态基态的量子相干性振荡可能发生在偏置电压的特定谐振值处。在准经典框架下研究了部分局域化对退相干的影响。
2008-02-20 quant-ph
Shape of a sound wave in a weakly-perturbed Bose gas
利用Gross-Pitaevskii方程研究了均匀玻色气体中静态杂质产生的声发射。杂质激发声波包，声波包在气体中传播。我们计算了这种波包在长波极限下的形状，并认为通过观察这种形状来提取杂质的性质是可能的。我们在这里说明了这种可能性玻色气体与被困杂质原子-一个相关的实验装置的一个例子。所给出的结果对于所有由非线性薛定谔方程描述的一维系统都是通用的，并且也可以用于非原子系统，例如，分析光在非线性光学介质中的传播。最后，我们计算了三维玻色气体假设球对称扰动的声波包的形状。
2021-02-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Generalized wave-packet model for studying coherence of matter-wave interferometers
本文提出了一种广义的原子波包在物质波干涉仪中的演化模型。该方法提供了一种有效的工具，用于分析原子干涉仪的性能使用的原子云制备在一个陷阱作为玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）或作为热系综。动态特性，如波包的大小和相位的模型的预测是非常一致的显式数值解的非线性Gross-Pitaevskii方程，使快速计算的干涉性能的制度，完全的数值解变得不切实际。作为一个出发点，静态的BEC在谐波陷阱中的TF近似推广到整个范围的原子-原子相互作用强度：从非相互作用的原子（低密度）的标准TF限制（高原子密度，只要凝聚近似仍然成立）。特别是，这种概括允许一个很好的估计原子云的性质沿过渡从三维到准一维BEC在一个细长的陷阱。然后，我们开发了一个理论模型的波包演化的时间依赖性的条件。该模型适用于广泛的动力学问题，涉及演化的时间依赖性的潜力，并在一个不断变化的平均场原子排斥由于分裂和分离的波包。我们使用该模型研究两种影响干涉相干性的效应：不完美的空间重组在两个状态的干涉仪（所谓的“Humpty-Dumpty效应”）和相位扩散由于数量的不确定性在两个干涉仪臂，这是以前研究彻底只为干涉计划中的BEC在两个武器停留被困（例如，在一个双阱势）。
2020-03-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Sequential modular position and momentum measurements of a trapped ion mechanical oscillator
位置和动量观测值的非对易性是量子物理学的标志性特征。然而，这种不相容性并不延伸到这些基本变量中周期性的可观测量。这种模变量观测量已被建议作为容错量子计算和增强的量子传感的工具。在这里，我们实现了连续测量的模块化变量的振荡运动中的一个单一的被困离子，使用状态相关的位移和一个预示着非破坏性的读出。我们调查的交换性质的模块化变量可观的连续测量之间的时间证明没有信号，使用各种输入状态。在存在量子干涉的情况下，我们使用压缩输入态来增强，不同周期的测量显示了信号的时间。连续测量允许我们提取模变量的两次迭代，我们使用它来违反Leggett-Garg不等式。实验涉及多达8个相干、压缩或Fock态波包的多分量叠加的控制和相干性。信号的时间以及Leggett-Garg不等式作为有效的量子证人，我们在这里探测与机械振荡器，一个系统，它有一个自然的交叉从量子到经典政权。
2017-09-29 physics.atom-ph quant-ph
Coherent control of atomic transport in spinor optical lattices
被困在光晶格中的原子的相干输运可以通过微波诱导的自旋翻转来控制，该自旋翻转与位置到位置的跳跃相关。我们研究了无相互作用原子的均匀一维系统的可控性。考虑到这些限制，我们构建了一个确定性的协议，映射到一个波包，这是相干分布在n个站点的初始本地化的Wannier状态。这是扩展到分析解决方案的任意酉映射给定的齐次系统，并在存在时间依赖的统一的力量。这种控制对于诸如凝聚态现象的量子计算和量子模拟的量子信息处理中的应用是重要的。
2009-05-07 quant-ph
Coherent cooling of atoms in a frequency-modulated standing laser wave: wave function and stochastic trajectory approaches
在稳态近共振驻波场中，中等冷原子的波函数由于波包分裂而快速离域。然而，我们表明，频率调制的字段可能会抑制包分裂的一些原子具有特定的速度在一个狭窄的范围内。这些原子在很长一段时间内保持在一个小空间中。我们证明和解释这种效果的数值和分析。同时，我们还证明了调制场不仅可以囚禁原子，而且可以冷却原子。我们对具有较宽初速度和能量分布的大原子系综进行了数值实验。在实验过程中，大部分原子离开了波，而被囚禁原子的能量分布很窄
2013-11-26 physics.atom-ph quant-ph
Simulation of the elementary evolution operator with the motional states of an ion in an anharmonic trap
根据最近的建议L。Wang）和雅江翠雀花（D. Babikov，J. Chem. Phys. 137，064301（2012），我们从理论上说明了使用$Cd^+$离子在轻微非谐势中的运动态来模拟单粒子时间相关薛定谔方程的可能性。将模拟的波包在空间网格上离散化，并将网格点映射到定义量子比特网络的离子运动态上。在每个网格点的定位概率是从处于相应运动状态的群体中获得的。量子门是与模拟系统的含时薛定谔方程相对应的基本演化算符。相应的矩阵可以通过任何数值算法来估计。利用多目标最优控制理论得到了能够驱动离子量子比特态之间的这种幺正变换的射频场。假设离子在基态运动状态下被冷却，并且预备步骤包括用初始模拟波包的幅度初始化量子位。然后，通过连续应用门和读出运动态布居，获得了在网格点处的局域化概率的时间演化。对于给定的模拟势，门场总是相同的，只有准备初始波包的场必须针对不同的模拟进行优化。我们通过应用耗散Lindblad动力学来检查模拟的稳定性，以防止由于阱电极中的波动电场而引起的退相干。
2015-03-03 quant-ph
Ultralight dark matter detection with trapped-ion interferometry
Walter Burke Institute for Theoretical Physics, California Institute of Technology（加州理工学院沃尔特·伯克理论物理研究所）；Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学技术高等能源物理研究所）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚高级研究学院）；Department of Physics, King’s College London（伦敦国王学院物理系）；Theoretical Physics Department, CERN（欧洲核子研究中心理论物理部）；Département de Physique Théorique, Université de Genève（日内瓦大学理论物理系）
利用单离子波包操控进展，探索超轻暗物质弱磁场检测新方法，通过纠缠的自旋与运动自由度实现高灵敏度干涉测量，拓展暗物质参数空间探测。
2026-05-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Bright solitons and self-trapping with a BEC of cold atoms in driven tilted optical lattices
本文提出了一种在倾斜光晶格中加载原子BEC产生亮物质孤子的方法。它表明，人们可以实现自聚焦制度的波包动力学通过适当地调整相位的驱动场相对于布洛赫振荡的相位。如果原子-原子相互作用大于某个临界值$g_{min}$，这种自聚焦机制之后就会形成亮孤子。将相互作用增加到另一个临界值$g_{max}$以上会使该过程不稳定。而不是孤立子的形成，现在遇到的非相干自陷现象。在这种状态下，一部分原子被困在非相干局域波包中，而其余的原子则以弹道方式扩散。
2010-02-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Scattering wave packets of hadrons in gauge theories: Preparation on a quantum computer
本文提出在相互作用理论中直接构建波包创建算符以规避绝热演化，利用变分量子本征求解器等方案高效制备强子波包，并在1+1维格点规范理论和离子阱量子计算机上验证了高保真度，为量子色动力学散射模拟奠定基础。
2024-11-05 hep-lat hep-ph nucl-th
Quantum Simulation of Molecular Dynamics Processes -- A Benchmark Study Using Classical Simulator and Present-Day Quantum Hardware
本文针对自由波包传播、谐振子振动和势垒隧穿，提出浅电路制备类高斯初始波包并实现时间演化，经经典仿真验证算法准确，但当代 IBM 与 IonQ 硬件仍受噪声限制。
2025-07-28 quant-ph
Zitterbewegung of relativistic electrons in a magnetic field and its simulation by trapped ions
本文用单电子3+1和2+1 Dirac方程计算了相对论电子在真空中外加磁场时的运动。首先，在操作员水平上进行计算，并且获得包含被识别为回旋运动的带内频率分量以及被识别为抖动运动（Zitterbewegung，ZB）的带间频率分量的电子轨迹的精确分析结果。其次，我们用含时海森堡算符来计算高斯波包下电子位置和速度的平均值。它示出的磁场的存在和由此产生的量子化的能谱上的电子Zitterbewegung有显着的效果：它引入带内频率分量的运动，影响所有的频率，并使运动平稳（不衰减的时间）的情况下的2+1狄拉克方程。最后，模拟的2+1狄拉克方程和由此产生的电子ZB在存在一个磁场的建议和说明采用捕获离子和激光激发。使用Gerritsma及其同事最近实验中获得的模拟参数，我们表明模拟磁场对ZB的影响是相当大的，并且可以肯定地观察到。
2010-12-30 cond-mat.mes-hall hep-ph quant-ph
Quantum computation of hadron scattering in a lattice gauge theory
本研究在1+1维Z2格点规范理论中，利用离子阱量子计算机高效制备多个介子波包并模拟双强子散射，验证了高保真初始态对S矩阵元等精密测量的关键作用。
2025-05-26 hep-lat hep-ph nucl-th
Quench-induced delocalization
我们考虑初始定域波包在哈密顿量突然变化后的演化，即淬火。当束缚本征态和散射本征态都存在于猝灭后的哈密顿量中时，人们可能期望波包的部分离域随之发生。在这里，我们表明，如果淬火包括突然关闭的短程粒子间的相互作用，然后谭的普遍关系保证通过高动量尾部的动量分布的离域。此外，我们考虑的相互作用的范围的影响，并显示如何有限的范围改变耦合到高度激发态。我们说明了我们的结果，使用数值模拟的外部被困粒子在一个维度。如果外部势是无序和相关的，那么相互作用猝灭导致通过离域状态的传输，表明在无序系统中的本地化对粒子之间的相互作用的非绝热变化是敏感的。
2014-11-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
Measurement and simulation of atomic motion in nanoscale optical trapping potentials
被捕获在光纤周围的倏逝场中的原子与光纤模式中引导的光发生强耦合。然而，由于耦合的固有的强烈的位置依赖性，系综的热运动限制了被囚禁原子在某些量子任务中的使用。我们利用短光脉冲在原子态之间进行空间非均匀布居转移，研究了这种系综的热动力学。当我们监测由该方案产生的原子的波包时，我们发现了一种阻尼振荡行为，我们将其归因于原子的晃动和色散。振荡频率范围约为100 kHz，原子之间的运动退相发生在10 $μ$ s的时间尺度上。与蒙特卡罗模拟的1000个经典粒子的系综相比，模拟的系综温度在25 $μ$ K和40 $μ$ K之间具有合理的一致性。
2020-06-22 physics.atom-ph quant-ph
Trial wave functions for ring-trapped ions and neutral atoms: Microscopic description of the quantum space-time crystal
描述量子时空晶体的一个建设性的理论平台揭示了$N$相互作用和环限制旋转粒子的存在与适当的时空晶体行为的低躺状态。相应的多体试验波函数的建设收益首先通过对称性破缺的平均场水平，然后使用投影技术的对称性恢复。由此产生的关联多体波函数是定态的，保持了转动对称性，同时反映了平均场晶体的点群对称性。这一行为导致了选择幻角动量序列$L_m$的出现。当角动量远离魔值时，试函数消失。这种良好的- $L_m$多体定态的叠加可以导致对称性破缺。我们发现，叠加一对相邻的魔角动量态导致形成特殊的破缺对称态，表现出量子时空晶体行为。特别是，相应的粒子密度围绕环旋转，显示无阻尼和非分散的周期性晶体演化的空间和时间。这种量子时空晶体波包的实验合成预测将有利于通过外部施加的磁场访问的Aharonov-Bohm型光谱的基态能量交叉附近。这些结果在这里说明库仑排斥费米子离子和一个块的接触相互作用吸引玻色子。
2017-10-02 cond-mat.quant-gas nucl-th quant-ph
Integrated Mach-Zehnder interferometer for Bose-Einstein condensates
粒子波二象性使物质波干涉仪的构造成为可能，它补充了精密测量设备中的光学干涉仪。这就需要发展类似于分束器、移相器和复合器的原子光学。将这些元素集成到单个设备中一直是一个长期的目标。在这里，我们展示了一个完整的马赫-曾德尔序列与捕获的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）限制在一个原子芯片。在我们的BEC物质波中粒子相互作用导致光子光学中不存在的非线性。我们利用它来产生一个非经典状态，减少了干涉仪内的数量波动。利用空间分离的波包，施加受控相移，并由非绝热物质波复合器读出。我们证明了相干时间的三个因素超出了预期的相干态，突出了纠缠作为计量学资源的潜力。我们的研究结果为集成量子增强物质波传感器铺平了道路。
2013-07-08 cond-mat.quant-gas quant-ph
Exact $1/4$ mean-rung population and $\sqrt{2}$ continuum revival-time ratio in the anti-Jaynes--Cummings vertex at $f_\star=\sqrt{\bar n+1}$
Department of Physics and Materials Science, Maseno University（马塞诺大学物理与材料科学系）
本研究证明在特定频率比下反JC模型的平均布居数精确为1/4，并给出复兴时间比的最大灵敏度，为量子模拟提供精确基准。
2026-09-15 quant-ph
