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
Diffraction of ultra-cold fermions by quantized light fields: Standing versus traveling waves
研究了光腔中量子简并费米子原子对量子光场的衍射。我们比较的情况下，一个线性腔驻波模式的环形腔的两个反向传播的行波模式。结果表明，原子的动力学行为强烈依赖于腔场的量子化过程。对于驻波，腔场和原子之间没有关联。因此，驻波Fock态产生与经典驻波场相同的结果，而相干态引起原子散射的崩溃和复苏。相反，对于行波，散射导致辐射场和原子之间的量子纠缠。这导致了崩溃和复苏的散射概率，甚至福克态。泡利不相容原理表现为散射几率的附加退相。
2004-02-22 quant-ph
Dephasing and collapse in continuous measurement of a single system
我们表明，长期存在的争论的崩溃和观察员的作用，在量子力学可以解决实验通过一个非破坏性的连续监测一个单一的量子系统。这种系统的一个例子，加上点接触检测器。对整个系统（包括探测器）的详细量子力学分析表明，在某些条件下，测量崩溃会对探测器的行为产生独特的影响，这可以通过实验来研究。
1999-03-12 cond-mat quant-ph
Velocity selective trapping of atoms in a frequency-modulated standing laser wave
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。我们提出，在冷原子气体的实际实验中，这种效应可能会降低原子的速度分布（场以这样的特定速度捕获原子，而所有其他原子都离开场）
2013-11-15 physics.atom-ph quant-ph
Submicrometer position control of single trapped neutral atoms
我们用光学方法探测储存在驻波偶极阱中的单个中性铯原子的位置，亚波长分辨率为143 nm rms。同时捕获的两个原子之间的距离测量精度甚至更高，为36 nm rms。我们解决了由于532 nm的空间周期的驻波势的原子间距离的离散性，并推断出分离原子的捕获势阱的确切数量。最后，结合一个初始位置检测与控制运输，我们把单原子在一个预定的位置沿陷阱轴在300 nm RMS。
2005-08-02 quant-ph
In-trap fluorescence detection of atoms in a microscopic dipole trap
我们研究荧光检测使用一个或多个原子的蓝色失谐光的驻波举行深，微观偶极阱。蓝失谐的驻波实现了西西弗斯激光冷却机制，使得原子可以散射许多光子，同时保持被捕获。当成像多于一个原子时，蓝色失谐限制了由于非弹性光辅助碰撞造成的损失。利用这种驻波探测光束，我们证明，我们可以计数从一个到100个原子的顺序与亚泊松精度的微陷阱。
2015-05-19 physics.atom-ph quant-ph
Spin Dephasing as a Probe of Mode Temperature, Motional State Distributions, and Heating Rates in a 2D Ion Crystal
我们利用自旋相关的光学偶极力来描述二维Wigner晶体的横向质心（COM）运动模式，该晶体由数百个$^9$ Be $^+$组成.通过比较由自旋相关力产生的测量自旋退相与半经典退相模型的预测，我们获得的绝对模温度与多普勒激光冷却极限和先前发表的技术（B. C. Sawyer等人，Phys. Rev. Lett. \textbf{108}，213003（2012））。此外，退相直方图的结构允许在初始热运动状态和相干运动状态之间进行区分。我们还应用这里讨论的技术来测量，第一次，环境加热速率的COM模式的2D库仑晶体在潘宁陷阱。这种测量放置在异常的单离子加热速率的上限，由于电场噪声从陷阱电极表面的$\frac{d\bar{n}}{dt}\sim 5$的$^{-1}$为我们的陷阱在795 kHz的频率，其中$\bar{n}$是平均占用的量化COM运动的轴向谐波井。
2014-01-03 physics.atom-ph physics.plasm-ph quant-ph
Sub-Micron Positioning of Trapped Ions with Respect to the Absolute Center of a Standing Wave Cavity Field
我们证明，它是可能的，与亚微米精度，定位的绝对中心的法布里-珀罗谐振腔沿射频场的自由轴的线性保罗陷阱通过应用程序的两个同时谐振的光场。特别是，我们施加一个探测场，这是近共振与电子跃迁的被困离子，同时与非共振强场作为一个周期性的交流斯塔克移位电位。通过所得到的空间调制荧光信号，我们可以找到11.7 mm长的对称法布里-珀罗腔的腔中心，其精度为$\pm$ 135 nm，这小于各个驻波场的周期。这可以例如用于将轴向陷阱电势的最小值相对于腔的中心定位在沿着腔模式的任何位置处。
2013-10-30 physics.atom-ph quant-ph
Coherence properties of nanofiber-trapped cesium atoms
实验研究了铯原子在纳米光纤双色偶极阱中的基态相干特性。使用微波辐射相干驱动的时钟跃迁，我们记录拉姆齐条纹以及自旋回波信号，并推断出一个可逆的退相时间$T_2^\ast=0.6$毫秒和一个不可逆的退相时间$T_2^\prime=3.7$毫秒。通过理论建模的信号，我们发现，对于我们的实验参数，$T_2^\ast$和$T_2^\prime$是有限的初始温度的原子系综和加热速率，分别受到限制。我们的研究结果代表了建立基于纳米纤维的冷原子陷阱作为光纤量子网络中的构建模块的基本步骤。
2013-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Breaking the entangling gate speed limit for trapped-ion qubits using a phase-stable standing wave
本文提出利用相位稳定驻波独立调控载波与运动耦合，将载波耦合抑制18倍并增强自旋-运动耦合，从而突破传统行波Mølmer-Sørensen门的速度极限，在囚禁离子量子比特上实现了15 μs的纠缠门。
2023-10-19 physics.atom-ph quant-ph
Echo spectroscopy and quantum stability of trapped atoms
研究了超冷的^{85}Rb原子在光偶极阱中的退相现象，该原子是通过与微波脉冲相互作用而制备的两个超精细基态的相干叠加态.我们证明，相移，测量的拉姆齐条纹对比度，可以通过刺激一个相干回波与两个π/2脉冲之间的π脉冲，在类比的光子回波。我们还证明了某些陷阱参数的回波失败是由于陷阱中的动力学，因此即使超过10^6个态被热填充，“回波光谱”也可以用于研究陷阱中的量子动力学，并研究从量子（动力学退相干被抑制）到经典动力学的交叉。
2002-08-08 nlin.CD physics.atom-ph quant-ph
Fast Ground State Manipulation of Neutral Atoms in Microscopic Optical Traps
我们证明了在两个微米大小的光阱中的中性$^{87}$ Rb原子基态超精细态之间以MHz速率的拉比跳跃。使用紧密聚焦的激光束，我们展示了高保真度，特定于站点的拉比旋转与相邻站点上的串扰分开的$8 μ\rm m$在$10^{-3}$的水平。Ramsey光谱学用于测量$870 μ\rm s$的退相时间，其比$π/2$脉冲的时间长$\approx$ 5000倍。
2005-09-23 quant-ph
Coherence properties and quantum state transportation in an optical conveyor belt
我们在单囚禁铯原子水平上制备并检测了具有长退相时间的量子相干性。通过“光学传送带”在宏观距离上的受控传输保持了原子的相干性，但相干时间略有减少。有限的失相效应是实验确定的，是技术性的，而不是根本性的。我们提出了一个分析模型的可逆和不可逆的退相机制。相干量子比特操作以及量子态传输打开了通向单个中性原子的“量子移位寄存器”的途径。
2003-04-11 quant-ph
Suppressing phase decoherence of a single atom qubit with CPMG sequence
实验证明了在光偶极阱中，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列对存储在单个\textsuperscript{87} Rb原子中的量子比特的退相具有很强的抑制作用.作为自旋回波的重复，CPMG序列是抑制非均匀和均匀相位退相干机制的最佳选择。在波长为830 nm、势深为0.7 mK的陷阱中，单原子自旋弛豫时间为830.8 ms，$T_{2}^{\ast}$的可逆非均匀退相时间为1.4 ms，自旋回波过程中的均匀退相时间为$T_{2}^{\prime}$ =102.7 ms，通过采用脉冲数n = 6的CPMG序列，均匀退相被进一步抑制了3倍，其相应的相干时间延长到$T_{2}^{\prime}$ =304.5 ms。
2013-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Single ions trapped in a one-dimensional optical lattice
本文报道了单离子在由两束反向传播的激光束形成的光晶格中的三维光阱。我们的特点的捕获参数的驻波使用的离子作为传感器存储在一个混合陷阱组成的射频（rf），直流，和光学势。当加载离子直接从射频到驻波阱，我们观察到一个占主导地位的加热速率。蒙特卡罗模拟证实了深光晶格内的射频诱导参量激发是主要的源。我们展示了一种替代的传输协议，其中涉及一个中间步骤的光限制在一个单光束陷阱，避免了时间上的重叠的驻波和射频场的影响。混合（射频/光学）和纯光学陷阱的影响出现作为平台的超冷化学实验探索原子-离子碰撞或量子模拟实验与离子，或离子和原子的组合。
2012-08-16 physics.atom-ph quant-ph
Erasing Doppler Dephasing Error in Rydberg Quantum Gates
针对中性原子量子门中多普勒退相误差，提出利用失谐场缀饰辅助态结合最优控制实现完全鲁棒的里德伯双量子比特CNOT门，保真度达0.9965，显著降低温度要求。
2024-07-09 quant-ph
Modulating carrier and sideband coupling strengths in a standing wave gate beam
我们通过将囚禁离子置于共振光学驻波中，控制载流子与一阶运动边带相互作用的相对耦合强度。我们的配置使用的微芯片陷阱的表面作为镜子，避免了在真空光学腔的技术挑战。沿着驻波位移的离子，我们表现出一个周期性的载波和边带跃迁的抑制与周期的两种情况下$180^\circ$彼此异相。该技术允许在寻址运动边带时抑制非共振载流子激发，并应用于量子模拟和量子控制。使用的驻波条纹，我们测量的相对离子高度作为施加的电场的函数，允许一个精确的测量离子位移，并结合测得的微动幅度，验证陷阱的数值模型。
2015-11-04 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Stochastic Heating of a Trapped Ion
驻波光场对简谐囚禁离子的共振加热被描述为一个结合了相干薛定谔演化和玻尔-爱因斯坦量子跃迁的量子随机过程。量子和半量子治疗进行了比较。
2007-11-09 quant-ph
Wave Packet Echoes in the Motion of Trapped Atoms
我们从实验上证明并系统地研究了运动波包振荡的受激回复（回波）。为此，我们在一个光晶格中制备波包，通过非线性地移动电势，并在可变的时间延迟后通过第二次移动来刺激它们的再现。这种技术类似于自旋回波，即使在存在强退相的情况下也能够确定波包的相干时间。我们发现，对于强束缚原子，它是可比的冷却时间，远长于光子散射率的倒数。
2000-08-17 quant-ph
Dynamics, dephasing and clustering of impurity atoms in Bose-Einstein condensates
研究了玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）对囚禁在光晶格中的杂质原子性质的影响。假设杂质原子与BEC的耦合较弱，我们导出了晶格系统的量子主方程。在具有两个内部状态的固定杂质的特殊情况下，原子代表量子寄存器，量子主方程再现了量子比特的精确演化。我们研究了种间耦合引起的量子比特退相，并表明在实际的实验参数下，亚退相干和超退相干的效应是可以观察到的。此外，BEC声子介导杂质之间的吸引相互作用，这对它们的空间分布有重要影响。如果晶格原子被允许移动，则在实验可达到的温度下，杂质聚集在宏观簇中发生急剧转变。我们还研究了BEC对杂质原子输运性质的影响，并表明随着相互作用强度的增加，从相干行为到扩散行为会发生交叉。
2007-11-22 quant-ph
High Fidelity Single-qubit Gates of a Single Neutral Atom in the Magic-Intensity Optical Dipole Trap
我们演示了在单个中性原子中的高保真单量子比特门操作。原子被囚禁在最近发明的具有更稳定磁场的魔强光偶极阱（MI-ODT）中。MI-ODT有效地减轻了光位移的不利影响，从而充分提高了单量子位门的性能。门电路采用微波驱动，采用随机基准测试方法对门电路的保真度进行了表征。我们得到了一个平均错误的$3.0(7)\times10^{-5}$，这是远远低于错误阈值（$10^{-4}$）的容错的Clifford门。这种误差主要由量子比特的退相引起，实验测量了与Clifford门相关的相干时间。这项工作是构建可扩展量子计算机的重要一步，其中中性原子被困在MI-ODT阵列中。
2017-12-18 quant-ph
Control of an atomic quadrupole transition in a phase-stable standing wave
本研究利用表面电极阱中的单个钙离子和集成光子器件产生的相位稳定驻波，通过空间映射Rabi频率与AC Stark位移，实现面向量子控制和计量的四极跃迁调控。
2023-06-06 physics.atom-ph quant-ph
Fano Resonance in Excitation Spectroscopy and Cooling of an Optically Trapped Single Atom
本研究针对光阱中单中性原子的冷却需求，采用电磁感应透明（EIT）技术实现冷却，在荧光激发光谱中观测到Fano共振，最终温度达约6 μK，较偏振梯度冷却效果提升一倍。
2023-12-11 physics.atom-ph 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
An optical conveyor belt for single neutral atoms
利用光学偶极力，我们实现了单个或任何所需的少量中性原子在一厘米距离上的亚微米精度的受控输运。一个驻波偶极阱被加载有来自磁光阱的规定数量的铯原子。反向传播的激光束的相互失谐移动了干涉图样，使我们能够沿着驻波在预选的点上加速和停止原子。运输效率接近100%。这种光学“单原子传送带”代表了未来实验的多功能工具，需要根据需要确定性地输送规定数量的原子。
2001-07-05 quant-ph
Balanced Coherence Times of Mixed-Species Atomic Qubits in a Dual $3\times3$ Magic-Intensity Optical Dipole Trap Array
在这项工作中，我们构建了一个偏振介导的魔强（MI）光偶极阱（ODT）阵列，其中的混合物种量子比特的光位移的不利影响被有效地减轻，使混合物种量子比特的相干时间都大大增强和平衡的第一次。这种混合粒子魔阱技术依赖于三阶交叉项系数和基态超极化率的可调谐性，而这两个特性与陷阱激光器的圆偏振度密切相关。在实验上，用于$^{85}$ Rb量子位的ODT阵列的偏振被精细地调整到确定值，使得其用于魔术捕获所需的工作磁场等于在具有完全圆偏振的另一ODT阵列中魔术捕获$^{87}$ Rb量子位所需的工作磁场。最终，在这种偏振介导的MI-ODT阵列中，$^{87}$ Rb和$^{85}$ Rb量子比特的相干时间分别提高到891 $\pm$ 47 ms和943 $\pm$ 35 ms。并且通过使用浅魔强度可以实现对$^{85}$ Rb量子比特的相应退相效应的减小。可以预见，这种新型的混合物种MI-ODT阵列是一种用于构建具有中性原子的可扩展量子计算机的通用平台。
2019-07-30 physics.atom-ph quant-ph
Coherent manipulation of atomic qubits in optical micropotentials
我们在实验上演示了基于二维微透镜阵列的远失谐偶极阱和偶极阱寄存器中原子态的相干操纵。通过应用Rabi，Ramsey和自旋回波技术，我们系统地研究了退相机制，并确定了相干时间。同时拉姆齐测量在多达16个偶极子陷阱，并证明了我们的方法的可扩展性。这代表了原子量子位的可缩放寄存器用于量子信息处理的应用中的重要一步。此外，该系统可以作为新的原子钟的基础，利用大量的单独的时钟的并行操作，每个保持单独寻址。
2007-02-09 quant-ph
Atom chips with free-standing two-dimensional electron gases: advantages and challenges
在这项工作中，我们考虑的优势和挑战，使用独立的二维电子气（2DEG）作为原子芯片中的活性成分操纵超冷合奏碱金属原子。我们计算捕获参数实现与典型的高迁移率2DEG在原子芯片配置，并确定该系统的优势，从原子芯片在亚微米的距离捕获原子。我们展示了如何利用原子气体对磁场不均匀性的敏感性来用量子电子器件控制原子，反之，利用原子来探测半导体器件的结构和输运性质。
2017-08-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Rapid multi-mode trapped-ion laser cooling in a phase-stable standing wave
Cornell University（康奈尔大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本研究通过相稳定驻波实现快速多模式锁住离子激光冷却，突破传统限制，实现基态冷却。
2026-09-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Hyperfine Spectroscopy of Optically Trapped Atoms
我们对囚禁在远离共振光阱中的$^{85}$ Rb原子的超精细分裂进行了光谱研究。存在的空间依赖的移位的能级示出诱导固有的退相效应，这会导致光谱线的加宽，因此在一个更快的速率比均匀的自发光子散射所造成的原子相干性的非均匀损失。我们在这里提出了一些方法来减少这种不均匀的加宽，陷阱的几何形状，额外的激光场，和新颖的微波脉冲序列的基础上。然后，我们展示了如何超精细光谱可以用来研究光囚禁原子的量子动力学。
2004-09-28 cond-mat.soft nlin.CD physics.atom-ph
Reconfigurable, site-selective manipulation of atomic quantum systems in two-dimensional arrays of dipole traps
我们捕获原子在多功能的二维（2D）阵列的光学势，准备灵活的二维自旋配置，进行选址相干操作，并演示了不同的系统属性，如退相和退相干的同时测量的实施。这种用于原子量子系统的灵活操纵的新方法是基于微透镜的2D阵列和液晶光调制器的2D阵列的组合。它为量子简并气体的研究、量子信息处理和量子模拟提供了新的控制方式。
2010-06-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Cavity QED in a molecular ion trap
提出了一种利用片上超导微波谐振器研究囚禁分子离子的量子信息和高分辨光谱学的方法。分子离子与中性分子相比有几个优点。离子可以被加载到深（1 eV）RF陷阱，并被捕获独立的电偶极矩的旋转过渡。它们的电荷保护它们免受运动失相，并防止碰撞损失，允许1秒的相干时间时，用作量子存储器，与检测的单分子可能在<10毫秒。分析的检测效率和相干性的分子。
2010-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Overlapping two standing-waves in a microcavity for a multi-atom photon interface
我们开发了一个光-物质界面，使冷原子链和光腔光子之间的强而均匀的耦合成为可能。这个接口是一个光纤法布里-珀罗腔，双共振的原子跃迁的波长和一个几何相称的红失谐腔内捕获晶格。满足强而均匀的原子-光子耦合的条件需要优化腔中两个驻波之间的空间重叠。在强耦合腔中，当模腰和瑞利范围都很小时，我们导出了考虑Gouy相位的最佳陷波波长的表达式。控制驻波重叠的主要参数是在两个波长之间的腔镜上的反射的相对相移，我们推导出最佳值。我们已经建立了一个根据这些结果优化的微腔，采用定制的反射镜与工程反射相位的两个波长。我们提出了一种高精度测量反射时相对相移的方法，这使我们能够确定该腔中两个模式的空间重叠。
2020-03-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Diverse classical walking of a single atom in an amplitude-modulated standing wave lattice
研究了振幅调制驻波晶格中单个原子在内部动力学之外的经典行走行为。基于一个简单的有效模型，我们确定了多样性的原子运动的动态制度，通过定期调整晶格深度。通过近似分析，在不同的参数范围内，该简单模型出现了简谐振荡或钟摆旋转，并伴随着经典的跳跃、随机散射行走、混沌输运、准周期囚禁运动和近似弹道自由飞行。我们的研究揭示了单原子在调制光晶格中的复杂运动，超出了量子描述。
2010-12-23 nlin.CD quant-ph
Dynamics of a spin qubit in an optical dipole trap
本文对碱金属原子超精细子能级中自旋量子比特在远离共振光偶极阱中的相干动力学进行了理论研究。量子位是在“时钟跃迁”中利用自旋角动量投影为零的塞曼态制备的。我们重点讨论了各种退相过程，如原子的剩余运动，囚禁场的涨落及其非相干散射，以及它们对量子比特动力学的影响。我们实现了原子运动的最一般的全量子处理，因此我们的结果在接近基态冷却的限制下仍然有效，振动激发的数量很少。我们支持我们的结果与实验比较，显示合理的对应关系，没有拟合参数。
2021-05-25 physics.atom-ph quant-ph
Backaction suppression in levitated optomechanics using reflective boundaries
本文理论上证明，利用反射边界可显著抑制悬浮光力学系统中激光诱导的反作用噪声，并以球面镜为例验证了该效应，满足海森堡探测极限。
2025-04-25 physics.optics quant-ph
Synchronization of atomic quantum systems in multi-site optical trapping potentials
先进的量子技术，如量子模拟，计算和计量学正在蓬勃发展的实施大规模配置的相同的量子系统。原子和分子的集合具有具有相同的固有性质的优点，但也需要放置在相同的环境中。在这项工作中，我们提出了一个强大的抑制退相效应和显着增加的相干时间的中性原子系综的光阱阵列。由光阱势引起的差分斯塔克位移的补偿是通过将第二近共振光场叠加到远失谐的捕获光上来实现的。通过Ramsey光谱分析二维偶极阱阵列中$^{85}$ {Rb}原子系综的超精细态相位演化，证明了所实现的相干演化同步.这里提出的实验方法不需要存在所谓的魔波长，并可扩展到其他原子物种被困在各种偶极陷阱配置的任意波长。
2019-05-14 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Scanning force sensing at $μ$m-distances from a conductive surface with nanospheres in an optical lattice
光阱介电纳米粒子在真空中的质心运动与其环境的解耦性非常好，这为测量微弱的亚牛顿力提供了一个强有力的工具。我们展示了一种方法来捕获和manuever纳米粒子的光学驻波的潜力所形成的逆反射激光束从金属镜面。通过将直径为$\sim 170$ nm的二氧化硅纳米颗粒从单光束镊子阱转移到驻波势中，我们可以可靠地将其定位在距离镀金硅镜表面几百纳米到几十微米的距离处。我们可以进一步扫描二维空间平行于镜面通过使用压电驱动镜。这种方法使三维扫描力传感近表面使用光学捕获的纳米粒子，有希望的高灵敏度扫描力显微镜，卡西米尔效应的测试，并在微米尺度上的引力平方反比定律的测试。
2021-03-05 hep-ex physics.optics quant-ph
