Efficient Preparation of Fermionic Superfluids in an Optical Dipole Trap through Reinforcement Learning
本文提出基于强化学习的控制框架，利用SAC算法优化Li6费米气体的蒸发冷却过程，在0.5秒内将原子密度提升130%，为复杂原子物理实验的闭环量子控制提供了有效工具。
2025-07-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Cooling and state preparation in an optical lattice via Markovian feedback control
我们提出并研究了一种基于马尔可夫反馈控制的方案，该方案允许制备具有高保真度的一维光晶格中玻色原子系统的单目标本征态。它可用于原位冷却的相互作用系统没有粒子损失，无论是弱和强相互作用，并为实验制备和探测个人激发本征态。为此目的，系统被假定为弱探测通过零差检测的光子，由原子从一个结构化的探测光束到腔模式的非共振散射。通过向系统施加与测量信号成比例的惯性力，系统然后被引导到纯目标状态。该计划被发现是强大的对降低测量效率。
2021-10-02 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Combined quantum state preparation and laser cooling of a continuous beam of cold atoms
为了制备处于同一量子基态的冷铯原子，我们在连续原子喷泉上采用双激光光泵浦。第一激光激发F=4基态以将原子泵向F=3，而第二pi偏振激光激发D2线的F=3 -> F '= 3跃迁以产生朝向m=0的塞曼泵激。为了避免陷阱状态，我们在2D光晶格几何结构中实现第一激光器，从而产生偏振梯度。当光晶格激光器在D2线的F=4 -> F '= 4和F=4 -> F'= 5跃迁之间调谐时，这种配置具有同时产生西西弗斯冷却的优点，这对于去除由光泵浦产生的热是重要的。第二π偏振激光器的频率失谐揭示了一种新机制的作用，该机制提高了激光冷却和态制备效率。这种机制的物理解释进行了讨论。
2010-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Two-dimensional sideband Raman cooling and Zeeman state preparation in an optical lattice
本文提出了一种边带拉曼冷却到大失谐二维光晶格中$m=0$塞曼子能级振动基态的方法。在我们的方案中，由于弱泵浦场引起的交流斯塔克效应，相邻塞曼子能级的振动流形之间的拉曼耦合移到了红边带。因此，冷却和对$m=0$的光学泵浦通过具有共面cw激光束的纯光学装置来实现。的光晶格和冷却参数估计的框架内的简单的理论模型。本文讨论了横向边带冷却法在频率标准中的应用。预测了简并振动能级间边带拉曼跃迁的相干布居俘获。
2000-08-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Diffusion in quantum state preparation: From passive cooling to system-bath engineering
Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Universität zu Köln（科隆大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
本文研究了两种粒子数守恒协议在制备拓扑非平凡态中的性能，发现耗散诱导扩散限制了冷却能力，并通过分析验证了冷却时间与系统尺寸的二次方关系。
2026-07-17 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Boundary-rank obstructions and measurement-assisted recovery in dissipative flat-band preparation
School of Physics, Nankai University（南开大学物理学院）
本研究揭示数守恒冷却在平带制备中的失败机制，提出边界秩障碍与测量辅助恢复方法，并证明在特定条件下可恢复全局吸引并保持目标哈密顿量。
2026-10-02 quant-ph
Global zero-excitation state preparation through subsystem cooling
Macquarie University（麦考瑞大学）；Friedrich-Alexander Universität of Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
本文研究通过局域耗散冷却制备量子系统全局零激发态，提出图论判据（零强制集）保证唯一吸引稳态，并在海森堡链中验证高效冷却。
2026-09-22 math-ph math.MP quant-ph
Theory of phase-adaptive parametric cooling
本研究提出一种相位自适应参量冷却技术，通过检测机械正交分量并周期性调控参量调制相位，实现热能指数损耗以制备量子基态，还推导了经典与量子体系下的冷却速率和最终占据数。
2022-05-25 quant-ph
Preparation of Low Entropy Correlated Many-body States via Conformal Cooling Quenches
分析了在原子、离子和分子的孤立量子光学系统中制备低熵多体态的方法。我们的方法是基于转移系统的不同区域之间的熵空间调制的有效哈密顿量的大小。我们进行了两个案例研究，在拓扑自旋链和自旋费米子哈伯德模型，专注于关键问题：可以“共形冷却淬火”删除足够的熵在实验上可访问的时间尺度？有限的温度，时间相关的矩阵产品状态的计算表明，即使是中等大小的“浴”区域可以删除足够的能量和熵密度暴露相干的低温物理。该协议在具有长程相互作用的系统中特别自然，例如晶格捕获的极性分子和里德伯修饰的原子，其中哈密顿量的大小直接与密度成比例。为此，我们提出了一个简单的实施共形冷却淬火在稀填充的光晶格，量子磁性的签名可以观察到。
2021-03-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A Method for Preparation and Readout of Polyatomic Molecules in Single Quantum States
多原子分子离子包含有用量子系统的许多期望属性，包括丰富的内部自由度和与环境的高度可控耦合。到目前为止，绝大多数关于分子离子的特定状态的实验工作都集中在双原子物种上。在单量子态中制备和读出多原子分子的能力将使量子化学无法获得的各种实验途径成为可能，包括在精确测量、单分子水平的灵敏化学和手性分析以及Hz水平分子隧穿动力学的精确研究中的新应用。虽然用激光冷却的原子离子通过共振冷却来冷却多原子离子的运动状态是简单的，但是将这种运动状态耦合到分子的内部状态已经证明是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种新的方法读出和投影测量的内部状态的捕获多原子离子。该方法利用了分子中丰富的技术上可访问的旋转状态的多样性，以实现强大的状态准备和读出，其严格程度远远低于最近在双原子分子上证明的量子逻辑方法。该方法可以应用于任何合理的小（小于约10个原子）的多原子离子与各向异性极化。
2017-12-20 quant-ph
Quasiparticle cooling algorithms for quantum many-body state preparation
针对量子多体态制备，本文提出动力学理论框架描述准粒子冷却动力学，通过时间调制耦合最小化加热，实现不同量子相的高保真基态制备，并分析了噪声影响，确立了该算法在近期量子处理器上的实用稳健性。
2025-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Near-ground-state cooling of atoms optically trapped 300nm away from a hot surface
激光冷却原子与纳米光子结构的耦合为探索光-物质相互作用的新机制提供了一个强大的研究平台。虽然这些系统中的原子内部自由度的初始化已经实现，但原子量子态的完全准备还需要在量子水平上控制原子的质心运动。由于原子与处于环境温度下的光子系统非常接近，因此获得这种控制并不简单。在这里，我们展示了冷却的个别中性铯原子，这是光学接口的光在光学晶体，准备他们接近其三维运动基态。原子局域化距离热纤维表面小于300 nm。通过简并拉曼冷却实现了原子的基态制备，并通过对外差荧光光谱信号的分析推断了原子温度。我们的冷却方法可以通过外部施加或引导光场来实现。此外，它依赖于强烈限制的引导光场自然发生的偏振梯度。因此，该方法可以在基于纳米光子结构的任何阱中实现。我们的研究结果提供了一个理想的起点，如光诱导自组织，测量新的光学力，并在纳米尺度上使用量子探针的热传递的调查研究的新效果。
2017-12-15 quant-ph
Quantum digital cooling
提出量子数字冷却方法，利用辅助 qubit 模拟冷浴，开发弱耦合 LogSweep 和强耦合 BangBang 两种可扩展协议，实现高效基态制备，适用于近期量子硬件演示。
2023-04-11 quant-ph
Optomechanical sideband cooling of a micromechanical oscillator close to the quantum ground state
将介观力学振子冷却到其量子基态是制备和控制大尺度物体低熵量子态的基础。在这里，我们预冷70 MHz的微机械石英振荡器的占用低于200量子的热化它与600 mK的冷3 He气体。通过结构缺陷态的两能级系统诱导的阻尼被证明是强烈减少，同时作为一种新的测温方法，独立量化由于冷却激光器的过度加热。我们证明了动力学反作用边带冷却可以将平均占有率降低到9+-1个量子，这意味着可以在其量子基态中找到（10+-1）%的时间。
2010-11-01 quant-ph
Measurement and feedback for cooling heavy levitated particles in low frequency traps
我们考虑一个可能的路线，基态冷却的悬浮纳米粒子，磁捕获的强永磁体，使用测量和反馈的组合。该系统的陷阱频率远低于那些涉及捕获离子或纳米机械谐振器。因此，环境加热的最小化是具有挑战性的，因为它需要在与陷波频率的倒数相当的时间尺度上控制系统。我们表明，这些陷阱是一个很好的平台，通过实时状态估计进行最佳反馈控制，准备可测量的量子特性的运动状态。
2019-03-25 quant-ph
Resolved-sideband cooling and measurement of a micromechanical oscillator close to the quantum limit
自量子力学诞生以来，对宏观力学振子中量子现象的观测一直是人们感兴趣的课题。这一制度的先决条件是在低声子占有率和测量灵敏度的振荡器的基态波函数的扩展的规模的机械振荡器的准备。人们普遍认为，解决这两个挑战的最有前途的方法是电子纳米机械系统。在这里，我们第一次接近量子机制与介观尺寸的机械振荡器-肉眼可辨别-和1000倍以上的最重的纳米机械振荡器使用的日期。腔光学机械学的两个关键原理对这些进展至关重要：在attometer水平上对机械位移进行光学干涉测量，以及使用测量引起的动态反向作用来实现机械自由度的解析边带激光冷却的能力。仅使用适度的低温预冷至1.65 K，制备接近其量子基态（63+-20声子）的机械振荡器。同时，读出灵敏度达到标准量子极限的5.5 ± 1.5倍。报道的实验标志着一种范式转变的方法，以量子极限的机械振荡器使用光学技术，并代表了第一步进入一个新时代的实验研究，探讨量子性质的最有形的谐振子：机械振动。
2009-01-11 quant-ph
Antibunching via cooling by heating
我们研究了光子（声子）场经历线性和非线性阻尼过程的统计特性。一个有效的双光子（声子）的非线性“冷却加热”的过程中实现了从线性阻尼的光谱过滤系统中存在的热浴。这种由非相干量子热噪声驱动的冷却过程可以产生光子场的量子态。事实上，对于高温的光谱过滤热浴，亚泊松统计与强反聚束的光子（声子）领域的报道。这种由非相干热量子噪声引起的量子性的出现和控制的概念被应用于由两能级系统和谐振子或类似的光机设置组成的量子系统。我们的分析可能提供一个有前途的方向，通过非线性阻尼，可以控制与非相干热量子噪声的量子特征的制备和保护。
2022-01-04 quant-ph
Efficiently Cooling Quantum Systems with Finite Resources: Insights from Thermodynamic Geometry
该研究借助Markovian碰撞模型与热力学长度，分析有限资源下量子冷却的能量、时间与控制复杂度权衡，提出适用于相干及非相干控制的高效协议并给出散热界限。
2025-02-20 quant-ph
Exponential improvement for quantum cooling through finite-memory effects
量子技术的实际应用需要制备高纯度的态，或者用热力学术语来说，需要非常低的温度。给定有限的资源，热力学第三定律禁止完美冷却;尽管如此，已经推导出了与量子热机重复相互作用的系统的渐近基态人口的可达到上限。这些界限适用于无记忆（马尔可夫）设置，其中每个制冷步骤独立于先前的步骤进行。在这里，我们扩展这个框架来研究记忆对量子冷却的影响。通过引入一个记忆机制，通过广义碰撞模型，允许马尔可夫嵌入，我们推导出可实现的界限，提供了一个指数优势的无记忆的情况下。对于量子比特，我们的界限与热浴算法冷却的界限一致，我们的框架将其推广到任意维度。最后，我们描述了自适应逐步优化协议，优于所有标准程序。
2020-11-05 quant-ph
Linear-optical simulation of the cooling of a cluster-state Hamiltonian system
基于测量的量子计算机可以由局部带隙的哈密顿系统组成，其热态-在足够低的温度下-是计算的通用资源。冷却计算机相当于冷却系统。我们用纠缠光子对这种冷却过程进行了实验量子模拟。我们准备三个量子位的热团簇状态利用这些状态的本地退相和热化之间的等价性。这使我们能够通过改变失相强度来调整系统的温度。我们监测系统冷却时的纠缠，观察从可分离到束缚纠缠，再到自由纠缠的转变。我们还分析了基于测量的单量子比特态制备系统的性能。这些研究构成了不完美条件下实验团簇状态计算的基本特征。
2014-03-26 quant-ph
Cooling the Collective Motion of Trapped Ions to Initialize a Quantum Register
我们报道了在基态制备两个捕获的9 Be+离子的集体运动模式。这是实现量子逻辑门的关键一步，量子逻辑门可以纠缠离子的内部电子状态。我们发现，加热的相对离子运动的模式基本上被抑制相对的质心模式，这表明这些模式在未来的实验中的重要性。
1998-08-20 quant-ph
Projective Cooling for the transverse Ising model
我们证明了利用投影冷却方法制备横向伊辛模型基态的可行性，并表明该算法可以有效地在无序（顺磁）相中构建基态。另一方面，在有序（铁磁）相中会遇到显著的温度效应，需要更大的晶格来精确模拟。
2020-02-14 cond-mat.stat-mech hep-lat nucl-th
Fault-Tolerant Dissipative Preparation of Atomic Quantum Registers with Fermions
我们提出了一个容错加载方案，以产生一个阵列的费米子在光晶格的高保真度所需的应用程序中的量子信息处理和建模的强相关系统。费米子的冷库扮演着双重角色，作为通过拉曼过程加载到晶格中的原子的来源，以及作为晶格原子的共振冷却的热浴。原子最初在每个晶格位置被转移到激发运动态，然后衰变到运动基态，在库中产生粒子-空穴对。转移到基态运动能级的原子不再耦合回库，并且运动基态中的双占据位点被泡利阻塞阻止。该方案与光抽运有很强的概念联系，并且可以扩展到加载原子的高保真图案。
2005-02-25 quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Micromechanical Oscillator
微纳光学机械系统提供光学和机械自由度的辐射压力耦合，并因其探索宏观物体的量子力学现象的能力而受到积极追求。这些研究中的许多都要求在量子基态或接近量子基态的条件下制备力学系统。光晶格中囚禁离子和原子的基态冷却已经取得了显著的进展。解决边带冷却的技术是这一进展的必要条件，它允许克服多普勒冷却的固有温度限制，并需要超过原子种类跃迁速率的谐波捕获频率。最近出现的通过辐射压力的机械振荡器的腔反作用冷却遵循与多普勒型冷却被证明的类似路径，但是固有地缺乏如最近预测的获得基态冷却的能力。在这里，我们证明了第一次解决边带冷却的机械振荡器。通过泵浦光学微腔的第一下边带，其衰减率比相关机械振荡器的本征频率小20倍以上，获得了1.5MHz以上的冷却速率。运动边带的直接光谱显示运动增加过程的40倍抑制，这可以使声子占据率远低于1（<0.03）。这里所报道的解决边带冷却的基本示范应该在光机冷却实验中得到广泛的应用。除了基态冷却之外，该机制允许实现具有超过标准量子极限的精度的运动测量。
2007-09-26 quant-ph
Heat-Bath Algorithmic Cooling with correlated qubit-environment interactions
高纯量子态的受控制备是量子信息科学实际应用的核心，从大多数量子算法的状态初始化到满足量子纠错容错阈值的辅助量子比特的可靠供应。热浴算法冷却已被证明可以通过熵的受控再分配和与浴的多次接触来纯化量子位，不仅适用于整体实现，而且适用于具有强但不完美测量的技术。然而，在以前的工作中已经假设了与浴的相互作用的隐含限制。在本文中，我们表明，更好的净化，可以通过消除限制。更具体地说，我们包括系统和浴之间的相关性，我们利用这些相关性将熵从系统泵入浴中。我们介绍了一种工具，冷却算法，我们称之为“状态重置”，当耦合到环境是广义的从个人量子位弛豫相关量子位弛豫。我们提出了改进的冷却算法，导致纯度的增加超出了所有以前的工作，并将我们的结果与核Overhauser效应。
2017-03-08 quant-ph
Achievable polarization for Heat-Bath Algorithmic Cooling
纯量子态在量子信息的应用中起着核心作用，既可以作为许多算法的初始态，也可以作为量子纠错的资源。制备满足量子纠错阈值的高纯态仍然是一个挑战，不仅对于像NMR或ESR这样的系综实现，而且对于其他技术。热浴制冷是一种提高耦合到浴槽的量子位组的纯度的方法。我们通过分析不能提取更多熵时的状态来研究可实现的偏振。特别地，当量子比特的初态是完全混合的情况下，我们给出了纯化量子比特的最大极化和整个系统的相应态的解析形式。然而，当从具有更高偏振的其他状态开始时，可以达到更高的偏振，因此我们的结果提供了可实现的下限。我们还给出了一个上限的步骤，需要得到一定的所需的极化的数量。
2016-03-23 quant-ph
Dissipative phase decision without ground-state preparation
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
提出通过短时耗散冷却而非精确基态制备来识别基态量子相的方法，利用相敏可观测量在冷却动力学中的早期响应判定相，并在受挫海森堡链、Kitaev蜂窝模型和XXZ链中验证。
2026-06-27 cond-mat.str-el quant-ph
Optimal unitary trajectories under commuting target and cost observables; applications to cooling
针对有限系统单幺正操作下的态变换范式，研究确定了目标与代价可观测量对易时的最优操作，并推广至含第三个对易全局守恒量的情形，以基态冷却示例验证了结果。
2024-12-10 math-ph math.MP quant-ph
Resources needed for non-unitary quantum operations
由有效的非厄米哈密顿量产生的非幺正操作可以用来产生在厄米量子力学中不可能的量子态操纵。这些操作包括状态准备（或冷却）和非正交状态鉴别。在这项工作中，我们提出了一个下界的资源所需的建设一些给定的非酉进化。无源系统进行了详细研究，并得出了这样一个系统的一般特征。在解释我们的结果使用奇异值分解，几个例子进行了研究分析。特别是，我们提出了一个下界的非厄米态制备和非正交态歧视所需的资源。
2012-12-19 quant-ph
Rapid quantum ground state preparation via dissipative dynamics
Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology（加州理工学院量子信息与物质研究所）；Division of Physics, Mathematics, and Astronomy, California Institute of Technology（加州理工学院物理、数学与天文学部）；Department of Mathematics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校数学系）；Department of Physics and Arnold Sommerfeld Center for Theoretical Physics, Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学物理系及阿诺德·索末菲理论物理中心）；AWS Center for Quantum Computing（亚马逊云科技量子计算中心）；Applied Mathematics and Computational Research Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室应用数学与计算研究部）
本研究通过耗散动力学快速制备非可交换哈密顿量的基态，揭示了混合时间与非厄密哈密顿量谱性质的联系，并开发了张量网络算法用于模拟动力学。
2026-02-25 quant-ph
Sideband Cooling Micromechanical Motion to the Quantum Ground State
激光冷却技术的出现彻底改变了许多原子尺度系统的研究。这推动了量子计算机的发展，通过在运动的基态制备捕获的离子，并通过实现原子蒸气的玻色-爱因斯坦凝聚产生新的物质状态。类似的冷却技术提供了一种通用而灵活的方法，用于在宏观物体的运动基态中制备宏观物体，将强大的微观力学技术带入量子领域。腔光或机电系统通过光与运动之间的强相互作用实现边带冷却。然而，进入量子机制，小于单个量子的运动，一直难以捉摸，因为边带冷却还没有充分压倒机械系统与其热环境的耦合。在这里，我们展示了边带冷却的运动的微机械振荡器的量子基态。进入量子区需要大的机电相互作用，这是通过将微机械膜嵌入超导微波谐振电路来实现的。为了验证冷却的膜运动到量子制度，我们进行了近量子限制的测量微波场，解决这个运动的海森堡极限的5.1倍。此外，我们的设备具有强耦合，允许微波光子和机械声子的相干交换。同时实现强耦合、基态制备和有效测量为控制和检测非经典运动态的快速发展奠定了基础，甚至可能在更大尺寸和质量的未探索区域测试量子理论本身。
2011-03-10 quant-ph
Simultaneous cooling of axial vibrational modes in a linear ion-trap
为了将捕获的离子的集合用于其中振动态的良好定义的制备是必要的实验，所有振动模式必须被冷却以确保离子的量子态的精确和可重复的操纵。提出了一种同时冷却所有轴向振动模边带的方法。通过施加磁场梯度，修改每个离子的吸收光谱，使得不同振动模式的边带共振重合。然后用单色电磁辐射在光学或微波范围内照射离子串，用于边带激发。这种冷却方案进行了详细的数值研究。它的应用初始化离子串量子信息处理进行了广泛的讨论。
2005-06-07 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Quantum Model of Cooling and Force Sensing With an Optically Trapped Nanoparticle
光学捕获纳米粒子最近出现了令人兴奋的候选人测试的量子力学在宏观尺度和作为多功能平台的超灵敏度计量。最近的实验已经证明了参数反馈冷却，非平衡物理和温度检测，都在经典制度。在这里，我们提供了第一个量子模型被困纳米粒子冷却和力传感。与现有的理论相比，我们的工作表明，纳米机械基态可以在不使用光学谐振器的情况下制备;冷却机制对应于非线性摩擦;并且冷却过程中的能量损失在时间上是非指数的。我们的研究结果与实验数据在经典极限下表现出很好的一致性，并为旨在制备基态的实验提供了一个基本的理论框架。我们的理论还解决了力感测的优化和基本量子极限，从而为使用悬浮纳米粒子进行超弱力的持续搜索提供了理论方向。
2015-12-14 physics.optics quant-ph
Measurement-based preparation of non-Markovian and multimode mechanical states
纳米机械谐振器是未来量子技术（如量子力传感器和接口）以及宏观量子物理研究的关键工具。制备室温非经典态的能力是一个重大的挑战。在这里，我们将探讨如何使用基于测量的状态调节来实现这一目标。我们证明了有条件冷却的纳米机械谐振器，具有非马尔可夫消相干，并从理论上表明，非马尔可夫性使量子压缩显着更容易实现。我们进一步表明，集体测量的多个谐振器模式，提高状态准备的质量。这使我们能够实现集体热机械压缩，在实验中，超越了有效性的光波近似。我们的模型表明，非马尔可夫性和多模条件都可以使室温量子压缩与现有技术。总之，我们的研究结果为实现室温量子纳米机械器件及其在量子技术和基础科学中的应用铺平了道路。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling and Autonomous Feedback in a Bose-Hubbard chain with Attractive Interactions
我们设计了一个量子浴，使熵和能量交换与一维玻色-哈伯德晶格有吸引力的现场相互作用。我们实现这三个超导transmon量子位耦合到一个单一的腔模式的阵列，transmon代表晶格的网站和他们的激发量子体现玻色子粒子。我们的冷却协议保留粒子数-实现一个典型的合奏-也提供了有效的制备暗态，由于对称性，不能通过腔上的相干驱动器准备。此外，通过施加连续微波辐射，我们还实现了自主反馈，以无限稳定阵列的特定本征态。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dissipative Preparation of Spatial Order in Rydberg-Dressed Bose-Einstein Condensates
我们提出了一种在非局域相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体中设计动量相关耗散的方法。该方案依赖于使用动量依赖的暗态，与速度选择性相干布居俘获非常相似。在短时耗散动力学过程中，系统被驱动到一个特定的有限动量声子模式，这在实空间中对应于一个具有非局域密度-密度关联的有序结构。耗散诱导的有序化可以在现今的实验中观察到，并使用偶极-偶极或非共振里德伯相互作用的冷原子进行研究。由于它的耗散性质，这种有序不需要通过光学晶格或谐波陷阱来人为破坏平移对称性。这为量子气体直接冷却成强相互作用相开辟了前景。
2014-06-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Dissipative continuation for ground-state preparation at chemical transition states
HRL Laboratories, LLC（HRL实验室）；University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；Boeing Research & Technology（波音研究与技术）；University of Southern California（南加州大学）
该研究提出了一种利用反应路径作为计算原语的耗散基态制备协议，通过Procrustes对齐轨道旋转和工程化耗散冷却，在强相关区域中以~O(N_o^3/ε_E)的复杂度制备化学系统基态。
2026-08-11 physics.chem-ph quant-ph
Cooling phonons with phonons: acoustic reservoir-engineering with silicon-vacancy centers in diamond
我们研究了一个设置，其中一个单一的负电荷的硅空位中心的金刚石磁耦合到一个低频的机械弯曲模式，并通过应变的高频声子连续的半夹紧金刚石梁。我们表明，在适当的微波驱动条件下，这种设置可以用来诱导一个激光冷却的低频机械振动，其中的高频纵向压缩模式的光束作为一个固有的低温水库一样的效果。我们评估的实验条件下，冷却接近量子基态，可以实现和描述一个扩展的计划，准备一个固定的纠缠态之间的两个机械模式。通过仅依赖于机械束的固有性质，这种方法为机械系统的量子操纵方案提供了一种有趣的替代方案，否则无法获得有效的光机械相互作用。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dissipative optomechanical preparation of macroscopic quantum superposition states
从量子物理到经典物理的过渡仍然是一个激烈争论的问题，尽管它已经被研究了一个多世纪。通过在空间量子叠加中制备宏观物体可以得到进一步的澄清，并且已经提出了以瞬态或概率方式为纳米机械设备生成这种状态的建议。在这里，我们介绍了一种方法来确定性地获得空间叠加的任意寿命通过耗散态制备。在我们的方法中，我们工程师的机械元件的运动的双势阱和驱动它朝向基态，这表明所需的空间叠加，通过光学机械边带冷却。我们提出了一种基于超导电路耦合到锂装饰单层石墨烯片的机械运动的具体实现，介绍了一种通过将其耦合到超导量子位来验证机械状态的方法，并讨论了其在测试量子到经典过渡的崩溃模型方面的前景。
2016-05-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling of a Zero-Nuclear-Spin Molecular Ion to a Selected Rotational State
我们演示了旋转冷却的一氧化硅阳离子通过光泵浦光谱过滤宽带激光。与双原子晶体相比，SiO+的旋转间隔更小，冷却更困难.然而，SiO+的转动能级间距和大的偶极矩允许微波直接操纵，并且其主导同位素体中不存在超精细结构，大大降低了对纯量子态制备的要求。这些特性使$^{28}$ Si $^{16}$ O成为未来应用如量子信息处理的良好候选材料。在100 ms的时间尺度上实现了冷却到地面转动状态，并达到94（3）\%的粒子数，具有等效温度$T=0.53(6)$ K。我们还描述了一种新的光谱过滤的方法来冷却到任意的旋转状态，并用它来证明一个狭窄的旋转人口分布（$N\pm1$）周围的选定状态。
2020-07-29 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
Hybrid optomechanical cooling by atomic $Λ$ systems
我们研究了一个由腔光机械器件与超冷量子气体光耦合组成的混合量子系统。我们表明，超冷气体的色散特性可以用来显着修改的机械谐振器的光机响应。我们研究混合方案，其中机械谐振器耦合到超冷气体的运动或自旋自由度。在任何一种情况下，我们发现由于这种混合动力相互作用，光机械冷却的增强超过两个数量级。值得注意的是，基于腔光学机械设备的演示参数，我们确定制度，使基态冷却的谐振器从室温。此外，这里考虑的混合系统代表了一个强大的接口，使用超冷量子气体的状态准备，传感和量子操纵的介观机械谐振器。
2014-07-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Model-agnostic cooling algorithms for strongly interacting fermions
Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理学系）
本文提出一种无需谱信息的随机对称保持冷却算法，通过局部耦合操作符和随机采样的能量分裂驱动费米子系统向低能态演化，验证了其在多种超导相关模型中的通用性。
2026-05-01 cond-mat.str-el quant-ph
Coherent feedback cooling of a nanomechanical membrane with atomic spins
相干反馈使系统稳定在目标状态，而不需要测量，从而避免了测量所固有的量子反作用。在这里，我们采用光学相干反馈远程冷却纳米机械膜使用原子自旋作为控制器。直接操纵原子使我们能够从强耦合调谐到过阻尼状态。利用我们的系统提供的全相干控制，我们进行自旋膜态交换结合频闪自旋泵冷却膜在室温环境中的${T}={216}\,\mathrm{mK}$（$\bar{n}_{m} = 2.3\times 10^3$声子）在${200}\,\mathrm{μs}$。我们进一步观察和研究延迟反馈对冷却性能的影响。从低温预冷膜开始，这种方法将使机械振荡器冷却到接近其量子力学基态，并制备非经典态。
2022-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
The cold-atom elevator: From edge-state injection to the preparation of fractional Chern insulators
本文提出利用光学盒势阱构建系统-储层构型，通过边缘态注入和蒸发冷却方案，在光学晶格中制备和操纵分数量子霍尔绝缘体等拓扑原子态，为研究超冷量子物质提供了新路径。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Raman sideband cooling of a 138Ba+ ion using a Zeeman interval
运动基态冷却和内态制备是量子信息处理中量子逻辑谱的重要组成部分。由于QLS不需要通常与量子计算和量子模拟相关联的高门级性能，因此可以以一定保真度为代价来简化离子种类和量子协议的选择。在这里，我们报告边带冷却和运动状态检测协议$^{138}$钡$^+$的QLS没有一个非常窄带的激光或使用的物种与超精细结构的足够的保真度。我们利用$^{138}$ Ba $^+$的两个S $_{1/2}$塞曼子能级，通过拉曼边带将单个离子冷却到运动基态.由于小的塞曼分裂，$^{138}$ Ba $^+$的近共振拉曼边带冷却仅需要多普勒冷却激光器和两个附加的AOM。通过观察近共振拉曼光抽运荧光，我们估算了最终的平均运动量子数$\bar{n}\approx0.17$。我们还采用了第二个，远离共振激光驱动拉曼$π$ -脉冲之间的两个塞曼子级，以提供运动状态检测QLS和确认边带冷却效率，测量最终的$\bar{n} = 0.15(6)$。
2016-03-31 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Digital dissipative state preparation for frustration-free gapless quantum systems
Harvard University（哈佛大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究提出一种数字耗散态制备方法，用于无激发间隙的量子系统，通过局部测量和反馈在多项式时间内制备高保真度基态，验证了其在多体系统中的有效性。
2026-03-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Heralded single phonon preparation, storage and readout in cavity optomechanics
我们从理论上分析了如何利用机械振子与光腔场之间的辐射压耦合以预示的方式产生机械运动的单量子（Fock态），并按需释放存储的激发作为单光子。从接近其基态的振荡器开始，激光泵浦上运动边带导致动态反作用放大和相关光子-声子对的产生。因此，一个斯托克斯光子的探测将宏观振荡器投射到单声子福克态。这种机械状态的非经典性质可以通过在下边带上应用读出激光（即光学冷却）以将声子状态映射到光子模式，以及通过对反斯托克斯光子进行自相关测量来证明。我们讨论了我们的建议的相关性，为未来的腔光学力学作为一种使量子技术。
2014-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient Quantum Cooling Algorithm for Fermionic Systems
针对费米子系统基态制备问题，提出基于系统-辅助冰箱耦合模拟、共振能隙调控及光谱扫描的高效量子冷却算法，多项式运行时间优于绝热算法，还可推广至热态并在费米-哈伯德模型验证。
2025-02-10 cond-mat.str-el quant-ph
Algorithmic Ground-state Cooling of Weakly-Coupled Oscillators using Quantum Logic
大多数离子缺乏直接激光冷却所必需的快速循环跃迁。在大多数情况下，它们仍然可以通过与第二个限制在相同电势中的可冷却离子物种的库仑相互作用而被同情地冷却。如果两种离子类型的荷质比太不匹配，则某些运动自由度的冷却变得困难。这限制了量子门可实现的保真度和光谱精度。在这里，我们介绍了一种新的算法冷却协议，用于将声子从较差的冷却模式转移到有效的冷却模式。我们通过同时使Be $^{+}$ -Ar $^{13+}$混合库仑晶体的两个运动模接近它们的零点能量来证明它，尽管离子之间的耦合很弱。我们达到最低温度报告的高电荷离子，只有$T\lesssim200~\mathrm{μK}$在两种模式中的每一个，对应于一个剩余的平均运动声子数$\langle n \rangle \lesssim 0.4$的剩余温度。结合射频离子阱中观察到的最低电场噪声，这些值使得能够实现基于高度带电离子的光学时钟，其分数系统不确定性低于$10^{-18}$水平。我们的方案也适用于（反）质子，分子离子，宏观带电粒子，和其他高电荷的离子物种，使其运动的量子基态的陷阱可靠的准备。
2021-02-25 physics.atom-ph quant-ph
Preparation and coherent manipulation of pure quantum states of a single molecular ion
原子和原子离子的激光冷却和捕获已经导致了许多进步，包括对物质的奇异相的观察、精密传感器和最先进的原子钟的发展。分子中相同水平的控制也可能导致深刻的发展，例如受控化学反应和基础理论的灵敏探针，但分子中的振动和旋转自由度对控制其量子力学状态构成了巨大的挑战。在这里，我们使用量子逻辑光谱（QLS）的制备和无损检测的分子离子的量子力学状态。我们开发了一种通用的技术，使光泵浦和制备的分子到一个纯粹的初始状态。这允许在单个离子（这里是CaH+）中观察高分辨率光谱和相干现象，如拉比跳跃和拉姆齐条纹。该协议需要一个单一的，远离共振激光器，这不是特定的分子，使许多其他分子离子，包括多原子物种，可以用相同的方法在同一设备中通过改变分子源处理。与离子阱提供的长询问时间相结合，可以以前所未有的控制和精度研究宽范围的分子离子，这代表了向拟议应用（例如精密分子光谱学、基础物理学的严格测试、量子计算和分子动力学的精密控制）迈出的关键一步。
2017-02-25 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Feedback cooling of a room temperature mechanical oscillator close to its motional groundstate
从室温环境开始制备处于其最低可能熵态（量子基态）的机械系统是量子光学力学中的关键挑战。这不仅能够创造真正宏观系统的量子态，同时也为周围环境中的新一代量子限制机械传感器奠定了基础。使用辐射压力与低温预冷相结合的光机械器件的激光冷却已经成功地证明了各种器件的基态制备，而从室温环境开始的类似证明仍然是一个突出的目标。在这里，我们将集成纳米光子学与声子带隙工程相结合，同时克服了与周围环境隔离和可实现的机械频率以及有限的光机械耦合强度的限制，证明了单光子协同性为200。这种新的微芯片技术使我们能够将机械谐振器从室温反馈冷却到大约1 mK，接近其运动基态。我们的实验标志着向使用机械谐振器的可访问，广泛的量子技术迈出了重要一步。
2020-06-24 physics.app-ph physics.optics 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
Cooling-by-measurement and mechanical state tomography via pulsed optomechanics
观察一个物理量而不干扰它是控制单个量子系统的关键能力。这种反作用规避或量子非破坏测量最早是在20世纪70年代在引力波探测的背景下引入的，以通过对测试质量运动的高精度监测来测量测试质量上的弱力。现在，这种技术已经成为量子科学中不可或缺的工具，用于制备、操纵和检测光、原子和其他量子系统的量子态。在这里，我们通过实验进行快速的光学量子噪声限制的测量的机械振荡器的位置，通过使用光脉冲的持续时间远远短于一个周期的机械运动。使用这种反作用回避相互作用，我们进行了状态准备和全状态断层扫描的机械运动状态。我们已经重建了位置不确定性降低到19 pm的机械状态，受限于光脉冲的量子波动，并且我们已经执行了“通过测量冷却”以将机械模式温度从初始的1100 K降低到16 K。未来对这项技术的改进可能会允许量子压缩的机械运动，甚至从室温，和重建的非经典状态表现出负区域的相空间准概率分布。
2013-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
