Quantum interference from remotely trapped ions
我们观察到两个连续的激光激发的单离子发射的光子的量子干涉,独立地被困在不同的真空容器。在两个实验中观察到高对比度的双光子干涉与不同的离子种类,钙和钡。我们的实验结果定量再现布洛赫方程计算。特别是,我们表明,个人的共振荧光光场的相干性是由所观察到的干涉。
2008-10-10 quant-ph
Photon-mediated entanglement scheme between a ZnO semiconductor defect and a trapped Yb ion
我们提出了一个在囚禁离子和固态施主量子比特之间产生纠缠态的光学方案,通过该方案可以擦除两个系统发射的相同光子。所提出的方案利用了ZnO中In施主束缚激子与Yb $^+$中$^2P_{1/2}$到$^2S_{1/2}$跃迁之间的相似跃迁频率。相关离子状态的寿命比ZnO系统的寿命长6倍,导致发射光子的时间分布不匹配。失谐腔辅助拉曼方案用成形激光脉冲弱激发施主,以产生与Yb $^+$发射具有0.99时间重叠的光子,并将缺陷的发射部分地移向Yb $^+$跃迁。剩余的光子位移通过直流斯塔克效应完成。结果表明,采用弱激发方案,通过合理的参数,可以获得21 kHz的纠缠速率和94%的纠缠保真度。
2020-09-02 quant-ph
Long-distance single photon transmission from a trapped ion via quantum frequency conversion
被囚禁的原子离子是理想的单光子发射体,具有长寿命的内态,可以与发射的光子纠缠。将离子耦合到光学腔使得能够将单个光子有效地发射到单个空间模式中,并且允许控制它们的时间形状。这些特性是量子信息处理和量子通信的关键。然而,这些系统发射的光子由于其波长而不适合长距离传输。在这里,我们报告的传输单光子从一个单一的$^{40}\text{Ca}^{+}$离子耦合到一个光学腔超过10公里的光纤通过频率转换从866 nm的电信C波段在1,530 nm。我们观察到非经典光子统计的直接腔发射,转换的光子和10公里的传输光子,以及保存的光子的时间形状。这种电信就绪系统可以成为长距离量子通信以及未来云量子计算的关键组件。
2017-12-07 quant-ph
Controlled Single-Photon Emission from a Single Trapped Two-Level Atom
通过用短共振光脉冲照射存储在紧密的光镊中的单个铷原子,我们创建了具有明确偏振的单光子的有效触发源。所测得的发射光脉冲的强度相关性表现出几乎完美的反聚束。这种高速率、完全受控的单光子脉冲源在量子信息处理中具有许多潜在的应用。
2006-10-11 quant-ph
Quantum secure data transfer with pulse shape encoded optical qubits
量子安全数据传输是量子网络安全的重要课题。在量子安全直接通信(QSDC)的基础上,提出了一种实现量子安全数据传输的方案。在这个提议中,传输的数据被编码为单个光学量子比特的脉冲形状,该量子比特从发送方拥有的被捕获原子发射,并由接收方与另一个被捕获原子一起接收。编码过程可以通过控制捕获原子上的时间相关驱动脉冲以根据发射光子的目标脉冲形状操纵拉比频率来高保真地实现。在接收过程中,我们证明了通过选择合适的驱动脉冲,单光子可以以任意的概率被吸收。我们还表明,基于QSDC协议,数据传输过程是免疫的个人攻击。
2021-05-19 quant-ph
Quantum Interference of Photon Pairs from Two Trapped Atomic Ions
我们收集两个被捕获的原子离子的荧光,并测量从离子发射的光子之间的量子干涉。两个光子的干涉是基于光子耦合的原子量子比特纠缠方案的关键组成部分。保持所产生的纠缠和用相同离子重复实验的能力对于实现原子量子比特之间的纠缠量子门是必要的,并且允许实现协议以有效地扩展到更大数量的原子量子比特。
2006-08-05 quant-ph
Quantum feedback cooling of a single trapped ion in front of a mirror
我们发展了一个理论的量子反馈冷却的单离子被困在前面的镜子。通过监测发射到镜模式的光的运动边带,我们推断出离子的位置,并以适当的力来冷却离子。我们推导出一个反馈主方程沿线的量子反馈理论开发的怀斯曼和米尔本,它为我们提供了冷却时间和最终温度作为反馈增益和各种系统参数的函数。
2005-06-22 quant-ph
Deterministic spin-photon entanglement from a trapped ion in a fiber Fabry-Perot cavity
高效网络节点的开发是实现量子网络的关键要素,量子网络有望实现分布式量子计算或可证明安全通信等强大功能。我们报告的量子网络节点的实现使用内基于光纤的法布里-珀罗腔的捕获离子。我们表明,在$ 91.2(2) $ \,\%的高保真度之间的被困Yb-离子和光子发射到谐振腔模式的确定性纠缠的产生。对于$ 2.5 \cdot 10^{-3}$的Single Shot,我们实现了产生和检测纠缠的成功概率,导致62,Hz的纠缠速率。
2020-05-18 quant-ph
Dark pair coherent states of the motion of a trapped ion
本文提出了一个在二维阱中产生离子运动振动对相干态的方案。在我们的方案中,被囚禁的离子在离子阱的X-Y平面内被三束沿不同方向的激光束双色激发。我们表明,如果初始振动状态是由一个双模Fock态,最终的稳定状态,由离子发射的荧光的消光表示,是一个纯态。处于平衡态的离子的运动状态实现了高关联对相干态的运动状态。
1996-04-11 quant-ph
Multi-Species Trapped Ion Node for Quantum Networking
被囚禁的原子离子是量子信息网络的领先平台,具有长寿命的相同量子比特存储器,可以通过它们的库仑相互作用进行本地纠缠,并通过光子通道进行远程纠缠。然而,在量子网络的单个节点中执行本地和远程操作两者需要旁观者量子位存储器和与光子接口相关联的量子位之间的极端隔离。我们实现了这种隔离,并通过共同捕获$^{171}$ Yb $^+\ $和$^{138}$ Ba $^+\ $量子位,通过它们的集体运动纠缠混合物种量子位对,并将$^{138}$ Ba $^+\ $量子位与发射的可见光子纠缠来展示可扩展离子阱网络节点的成分。
2017-02-03 quant-ph
Precision lifetime measurements of a single trapped ion with ultrafast laser pulses
我们报告的$5p$ $^2P_{1/2}$和$5p$ $^2P_{3/2}$水平的一个单一的捕获镉$^+$离子的激发态寿命的精确测量。用来自锁模激光器的皮秒激光脉冲激发离子,并记录自发发射光子的到达时间分布。对于$^2P_{1/2}$和$^2P_{3/2}$,得到的寿命分别为3.148 $\pm$ 0.011 ns和2.647 $\pm$ 0.010 ns。总的不确定度低于0.4%,是迄今为止对任何原子状态寿命最精确的测量之一。
2005-05-15 quant-ph
Fast phase gates with trapped ions
我们利用光滑态依赖力实现了快于绝热的双量子比特相位门。力被设计为不留下最终的运动激励,独立于谐波、小振荡极限中的初始运动状态。它们是简单的,明确的时间函数和所需的逻辑相位的门,是基于二次不变量的运动和刘易斯-Riesenfeld阶段的正常模式。
2016-12-02 quant-ph
Photon-Photon Entanglement with a Single Trapped Atom
进行了一个实验,其中一个单一的铷原子被困在一个高精细光学腔发射两个独立触发纠缠光子。纠缠是由原子介导的,其特征在于S=2.5的贝尔不等式违反,以及完整的量子态层析成像,导致保真度超过F= 90%。腔QED和捕获原子技术的结合使我们的协议具有内在的确定性-这是分布式量子网络节点之间产生可扩展纠缠的重要步骤。
2008-11-21 quant-ph
Quantum Repeaters based on Single Trapped Ions
我们分析了基于单囚禁离子的量子中继协议的性能。在每个节点处,嵌入到高精细度腔中的单个捕获离子发射单个光子,其偏振与离子状态纠缠。在位于两个节点中间的中心站对两个光子的特定检测预示着两个远程离子的纠缠。纠缠可以扩展到很长的距离,通过应用连续的纠缠交换操作的基础上的两个离子门操作,已经被证明具有高精度的实验。我们的计算表明,这种基于离子的量子中继器协议可实现的纠缠分布速率比基于原子系综存储器和线性光学的最知名方案可实现的速率高出几个数量级。主要原因是,对于被捕获的离子,纠缠交换操作是确定性地执行的,与线性光学每次交换的成功概率低于50%相反。该方案需要有效收集发射的光子,这可以用腔来实现,以及有效转换它们的波长,这可以通过受激参量下转换来完成。我们还建议如何实现时间复用,这提供了额外的显着的速度在纠缠分布,与被困离子。
2009-03-25 quant-ph
Quantum repeaters based on two species trapped ions
我们研究了基于两种囚禁离子模块的量子中继器用于长距离量子密钥分发的可行性。被认为是由离子阱模块的共同捕获的不同种类的离子的中继器节点。用于通信量子位的物质具有优异的光学性质,而其他寿命较长的物质则用作模块中的存储量子位。每个模块仅通过通信离子发射的单光子与网络相互作用。利用离子间的相干库仑相互作用在通信离子和存储离子之间传递量子信息,实现两个存储离子之间的纠缠交换。我们描述了简单的模块化量子中继器架构实现的离子阱模块和数值研究的依赖性的量子密钥分发速率的各种实验参数,包括耦合效率,门失真,操作时间和长度的基本链接。我们的分析表明,共同捕获的两种离子的物理实现是一个有竞争力的平台,在长距离量子通信的关键改进。
2019-05-02 quant-ph
Integrated photonic structures for photon-mediated entanglement of trapped ions
该研究分析了与离子阱单片集成的光子结构,用于收集离子发射光子并耦合操控,验证其性能可匹敌传统自由空间光学,指出集成光子学可支撑可扩展囚禁离子量子信息分发系统。
2024-10-08 physics.atom-ph quant-ph
Quantum repeater segment with free-space coupled co-trapped ions using telecom photon interference
Universität des Saarlandes(萨尔兰大学);Zentrum für Quantentechnologien (QuTe), Universität des Saarlandes(萨尔兰大学量子技术中心 (QuTe));Ruhr-Universität Bochum(波鸿鲁尔大学)
通过共俘获自由空间耦合的40Ca+离子发射光子,转换至电信C波段并经过440米光纤传输后干涉,进行光子贝尔测量创建存储器间纠缠,实现保真度≥68(8)%的纠缠Bell态。
2026-06-11 quant-ph
C-band single photons from a trapped ion via two-stage frequency conversion
基于光纤的量子网络需要电信波长的光子来连接长距离分离的量子比特。被捕获的离子是量子网络的主要候选者,具有高保真度的双量子比特门,长相干时间,以及容易发射与离子内部量子比特状态纠缠的光子的能力。然而,捕获的离子通常发射与电信光纤不兼容的波长的光子。在这里,我们展示了可见光光子的频率转换,从S-P偶极跃迁的被困的Ba+离子,到电信C波段发射。这些结果是实现长距离捕获离子量子互联网的重要一步。
2022-02-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Remote Gottesman-Kitaev-Preskill Entanglement Generation between Trapped Ions
School of Mathematical and Physical Sciences, Keio University(庆应义塾大学数理科学学院);Department of Electronics and Electrical Engineering, Keio University(庆应义塾大学电子电气工程系);Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology (NICT)(信息通信研究机构高级ICT研究所)
该研究提出一种预示式协议,利用囚禁离子的运动模式与光子接口,实现远程GKP量子比特间的纠缠生成,在实际场景中可实现超95%的逻辑贝尔对保真度,结合了已验证的实验操作。
2026-10-16 quant-ph
Motion analysis of a trapped ion chain by single photon self-interference
我们提出了一个光学方案来检测的两个离子弦限制在一个线性保罗陷阱的振荡。通过分析由串中的一个或两个离子发射的荧光中的强度相关性来检测运动。我们目前的测量下进行连续多普勒冷却和脉冲照明。我们预见这种检测方法的几个直接应用,包括多离子物种或耦合机械振荡器的运动分析,和机械相关性的传感。
2021-04-15 physics.optics quant-ph
Imaging trapped ion structures via fluorescence cross-correlation detection
互相关信号记录从荧光光子散射在自由空间离开捕获的离子结构。信号的分析允许明确地揭示空间频率,因此距离,以及离子的空间对准。对于两个离子的情况,我们从互相关中获得空间频率$f_\text{spatial}=1490 \pm 2_{stat.}\pm 8_{syst.}\,\text{rad}^{-1}$,其中统计不确定性随着相关事件的积分数量而改善为$N^{-0.51\pm0.06}$。我们独立地确定空间频率为$1494\pm 11\,\text{rad}^{-1}$,证明了极好的一致性。将我们的方法扩展到三种离子的情况下,我们证明了其功能的二维阵列的发射器的不可区分的光子,作为一个模型系统,以产生结构信息的直接成像技术失败。
2020-12-24 quant-ph
A single trapped atom in front of an oscillating mirror
研究了二能级原子在振荡镜前的Wigner-Weisskopf衰变。这项工作的基础上,并扩展了以前的理论和实验研究的影响,一个静态的自发衰变和共振荧光镜。自发发射场由于时间依赖的边界条件而固有地是非平稳的,并且为了研究其光谱分布,我们采用了Eberly和Wodkiewicz的开创性工作中的非平稳光的光谱的操作定义。我们发现丰富的依赖性,这一频谱,以及有效的衰减率和水平上的镜原子的距离和振荡的振幅和频率的镜子上的位移。这里提出的结果提供了更复杂的设置,其中原子和/或镜子的运动包括作为量子自由度的未来研究的基础。
2009-09-09 quant-ph
Near perfect mode overlap between independently seeded, gain-switched lasers
我们通过实施脉冲光播种技术,大大提高了独立播种的增益开关激光二极管在千兆赫重复率下工作的模式重叠。注入脉冲光减少了发射时间抖动,并且在保持所发射的激光脉冲的随机光学相位的同时实现了频率啁啾同步。我们测量这些脉冲源的干涉在宏观制度,在那里我们证明了近乎完美的模式重叠,并在单光子制度,在那里我们实现了0.499+/-0.004的Hong-Ou-Mandel倾角可见度,从而饱和的理论极限0.5。测量结果由无自由参数的蒙特卡罗模拟再现。我们的光源是一个理想的解决方案,产生高速率,不可分辨的相干脉冲的量子信息应用。
2016-05-16 quant-ph
Trapped-ion antennae for the transmission of quantum information
一百多年前,海因里希·赫兹成功地利用电磁振荡器将信号传输到几米之外的接收天线上,从而证明了詹姆斯·C. Maxwell[1].从那时起,技术已经发展,今天在量子力学水平上有各种各样的振荡器。对于量子化的电磁振荡,腔中的原子可以用来耦合电场[2,3]。对于机械振荡器,例如,用杠杆[4,5]或被困原子[6]或离子[7,8]的振动模式实现的,两个这样的振荡器之间的量子力学联系,迄今为止,在很少的情况下被证明,并且只能以间接的方式实现。这方面的例子包括携带量子信息的原子的机械传输[9]或使用自发发射的光子[10]。在这项工作中,使用偶极-偶极相互作用作为量子力学传输线,在54 μm的距离上实现了单独捕获离子的运动偶极之间的直接耦合[11]。这种相互作用在单个捕获离子之间很小,但是通过使用额外的捕获离子作为天线来放大耦合。与单离子的情况相比,每个井中有三个离子,相互作用增加了七倍。这种增强有利于桥接更大的距离,并放宽了对小型化的陷阱电极的约束。这代表了量子计算的一个新的构建块,也为耦合不同性质的量子系统提供了新的机会。
2010-11-17 quant-ph
Efficient Quantum Frequency Conversion of Ultra-Violet Single Photons from a Trapped Ytterbium Ion
本研究通过高效差频转换将捕获的Yb$^{+}$离子发射的紫外光子转换为可见光,实验验证了转换光子源自该离子,为基于Yb$^{+}$离子的长距离量子网络奠定关键基础。
2025-02-14 quant-ph
Ion-photon entanglement and quantum frequency conversion with trapped Ba$^+$ ions
囚禁离子是量子节点的优秀候选者,因为它们具有网络节点的许多理想特征,包括长寿命,现场处理能力和产生光子飞行量子比特。然而,与其中数据可以在光纤中传输并且通信范围容易地用放大器扩展的经典网络不同,量子系统通常发射在光纤中具有有限传播范围的光子,并且由于量子态的性质,光子不能被无噪声地放大。在这里,我们首先描述了一种方法来提取飞行量子比特从一个Ba $^+$囚禁离子通过搁置到一个长寿命的,低的D-态与目前的强,弱激发方法相比,具有更高的纠缠概率。我们显示了$\approx$ 89%的离子光子纠缠的投影保真度。我们比较了几种产生离子-光子纠缠的方法,并展示了保真度和纠缠概率如何随光子收集光学器件的数值孔径而变化。然后,我们概述了量子频率转换的Ba $^+$离子发射的光子的远程网络和780 nm的电信范围内,潜在的纠缠与铷基量子存储器的方法。我们的方法对于扩展量子网络的范围和开发不同类型量子存储器的混合量子网络具有重要意义。
2017-01-10 quant-ph
Nonclassical light from large ensemble of trapped ions
我们正在处理的绝大多数物理对象几乎完全由原子组成。由于其离散的能级结构,单原子已被证明是光的发射体,这与电磁波的经典描述不相容。我们证明了这种不兼容的原子荧光时,按比例放大的大小的源合奏,其中包括被困的原子离子,由几个数量级。所提出的测量的非经典统计光无条件地从合奏包含多达一千多个离子承诺进一步扩大到更大的发射器数量。该方法可应用于广泛的实验平台,专注于裸露的非经典特性的单个孤立的发射器。
2018-06-21 physics.atom-ph quant-ph
Coupling two laser-cooled ions via a room-temperature conductor
我们证明了两个独立捕获的离子与620 $μ$ m的分离距离的运动之间的耦合。离子-离子相互作用是通过一个室温电浮动金属线连接两个表面陷阱增强。调谐到共振的两个离子的运动,我们显示了11赫兹的耦合率的能量流。在我们的器件中,强表面电场噪声阻碍了量子相干耦合。我们的离子线离子系统表明,室温导体可用于调解和调谐独立捕获的电荷之间的相互作用超过自由空间偶极偶极耦合可实现的距离。该技术可用于同情地冷却或纠缠远程捕获的电荷,并实现不同物理系统之间的耦合。
2021-07-02 physics.atom-ph quant-ph
Scalable multi-particle entanglement of trapped ions
在各种纠缠态中,“W态”扮演着重要的角色,因为它的纠缠即使在粒子丢失的情况下也是最大的持续和鲁棒的。这些态是量子信息处理和多方量子通信的核心资源。在这里,我们报告的四,五,六,七,八粒子纠缠态的W型与被困离子的可扩展性和确定性的产生。我们获得最大可能的信息,这些国家通过执行充分的表征,通过状态层析成像,使用单独的控制和检测的离子。详细的分析证明了纠缠是真实的。这种多粒子纠缠态的可用性,以及以其密度矩阵形式提供的全部信息,为多粒子纠缠的理论研究创造了一个实验平台。独立地,格林伯格-霍恩-蔡林格纠缠态与多达六个离子已创建和分析在博尔德。
2006-03-23 quant-ph
Strong Purcell effect on a neutral atom trapped in an open fiber cavity
我们观察到一个强耦合到光纤腔中的光阱$^{87}\text{Rb}$原子的D $_2$谱线的6倍Purcell展宽。在近共振激光器的外部照射下,原子的荧光中多达$90\%$被发射到共振腔模式中。的腔输出和Purcell增强的原子衰变率的亚泊松统计证实了一个强烈缩小的反聚束下降的光子自相关函数的观察。通过单侧谐振器的较高透射镜的光子泄漏是场衰减($κ\!\approx\!2π\!\times\!50\,\text{MHz}$)的主要贡献,从而为光子接口(诸如量子存储器和单光子源)提供高带宽光纤耦合信道。
2018-04-23 physics.atom-ph quant-ph
Improving entanglement generation rates in trapped ion quantum networks using nondestructive photon measurement and storage
长距离量子信息处理将需要集成不同的技术,以形成结合多个量子系统的优势的混合架构。在这项工作中,我们提出了一种混合网络架构,旨在提高量子网络的纠缠率的基础上捕获的离子。被捕获的离子是作为网络节点的优秀候选者,但是光子损失使得长距离联网变得困难。为了克服一些损失,并扩大基于离子阱的网络的范围,我们提出包括基于中性原子的非破坏性单光子探测和单光子存储在网络节点之间,形成一个混合网络。这项工作建立在最近证明的光学频率转换的单光子发射的被困离子。我们得出的平均两个节点的纠缠率为这个建议的网络架构作为距离的函数。使用合理的实验参数,我们表明,这个拟议的量子网络可以产生远程纠缠率高达100倍以上的等效均匀网络在近红外和C波段波长的距离高达50公里。
2021-03-24 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
Single Atoms on an Optical Nanofiber
我们表明,单原子可以被困在一个亚波长直径的二氧化硅纤维,光学介质的表面上,没有任何外部场,从原子自发发射的单光子可以很容易地检测到通过单一的导模的介质。工作的一个关键点是,我们发现,原子捕获网站创建的表面上的原子云周围的紫外激光辐射的辐射。
2007-09-18 quant-ph
Entangling quantum gate in trapped ions via Rydberg blockade
本文从理论上分析了利用离子里德伯态间的偶极相互作用在两个囚禁的Ca $^+$离子间实现纠缠量子门的方法。在非均匀电场中,由于电子自由度和振动自由度之间的强耦合,囚禁离子的里德伯激发动力学通常受到机械力的强烈影响。我们证明,这种有害的影响可以克服通过使用出现从附近的里德伯态的微波耦合的修饰状态。同时,这些修饰态表现出长程偶极相互作用,我们用它来实现一个可控的绝热相位门。我们的研究突出了一条通往囚禁离子量子处理器的路线,其中量子门独立于振动模式实现。
2013-06-25 physics.atom-ph quant-ph
Single collective excitation of an atomic array trapped along a waveguide: a study of cooperative emission for different atomic chain configurations
在纳米尺度波导附近捕获的有序原子阵列提供了原始的光-物质界面,在量子信息和量子非线性光学中具有应用。在这里,我们研究了一个单一的集体原子激发耦合到波导在不同的配置衰减动力学。原子排列成线性阵列,只有一部分原子被激发到超辐射模式并将光发射到波导中。位于一侧或两侧的额外原子链起被动作用,反射或吸收这种发射。我们表明,当改变的几何形状,这样的一维原子系统可以能够重定向发射的光,定向减少或增强它,并在某些情况下,本地化它在一个由原子镜界定系统形成的腔。
2021-04-12 physics.atom-ph quant-ph
A heralded quantum gate between remote quantum memories
我们证明了一个概率纠缠量子门之间的两个遥远的被困镱离子。该门在超精细“时钟”状态原子量子比特之间实现,并通过携带频率编码量子比特的两个发射光子的干涉来介导。通过这两个光子的符合探测,门具有90 ± 2%的平均保真度。这种纠缠门与单量子比特操作一起足以产生用于可扩展量子计算的大纠缠簇态。
2009-02-12 quant-ph
Optical frequency analysis on dark state of a single trapped ion
我们演示了一个光学频率分析方法,使用傅里叶变换的检测时间的荧光光子发射从一个单一的捕获40 Ca+离子。探测到的光子率的相对激光频率偏差的响应记录在一个暗共振的斜率内形成的两个光学偶极跃迁对应的DVDA型能级计划。这种方法增强了对小频率偏差的灵敏度,并且这样做与荧光速率的倒数相关。所采用的激光器被锁相到光学频率梳,这允许通过相对于参考光束确定性地调制所分析的激光束来精确校准光学频率分析。可达到的高信噪比高达MHz范围的调制偏差和高达100 kHz的调制频率的承诺,在广泛的光学光谱应用的适用性所提出的结果。
2020-05-06 physics.optics quant-ph
Particle number fluctuations in a cloven trapped Bose gas at finite temperature
我们研究了三维空间中两个被谐波囚禁的玻色气体之间原子数差的波动。对于非相互作用的原子,我们用解析方法解决了这个问题。在相互作用的情况下,我们找到了一个解析解的Escheras-Fermi和高温极限与经典的场模拟。在大的系统尺寸限制中,对于温度$T\simeq 0.7 T_c$,数差的波动是最大的,其中$T_c$是临界温度,与陷阱各向异性无关。这种最大值的出现是由于凝析油和非凝析油场之间的干扰效应。
2010-03-03 cond-mat.quant-gas quant-ph
Entanglement between a trapped ion qubit and a 780-nm photon via quantum frequency conversion
未来的量子网络将需要能够在物质量子比特不自然发射的光子频率下产生物质-光子纠缠。这允许混合网络架构,其中这些光子可以耦合到其他工具和量子技术,用于多路复用,路由和存储等任务,但其工作波长与物质量子位源的波长不同,同时也减少了网络损耗。在这里,我们展示了被困离子和780 nm光子之间的纠缠,该波长可以与基于中性Rb的量子网络设备相互作用。单个钡离子用于产生与离子纠缠的493 nm光子,然后将其频率转换为780 nm,同时保持纠缠。我们产生的离子-光子纠缠度分别为$\geq$ 0.93(2)和$\geq$ 0.84(2),对于493 nm和780 nm的光子,保真度下降主要是由于我们的探测器在780 nm处的信噪比比在493 nm处降低。
2022-07-27 physics.atom-ph quant-ph
Collective emission of photons from dense, dipole-dipole interacting atomic ensembles
我们研究了冷的、被囚禁的原子系综的集体辐射性质。我们认为高密度制度的平均原子间距离是可比的,或小于,由原子发出的共振光辐射的波长。我们发现,从激发原子系综的光子的发射率强烈增强拉长云。我们分析了原子系综的集体单激发本征态,发现吸收/发射光谱与非相互作用(低密度)或单原子光谱相比被加宽并向较低频率移动。我们还分析了发射的辐射的空间和时间的轮廓。最后,我们探讨了如何有效地激发集体超辐射态的原子系综从长寿命的存储状态,以实现量子计算和通信应用的物质-光接口。
2021-02-05 quant-ph
Polarization-correlated photon pairs from a single ion
在单原子荧光中,发射具有一定偏振态的光子的几率取决于前一个光子的偏振态,本文用二阶关联函数研究了单原子荧光中钙离子的这种关联。理论模型的发展和拟合的实验数据,这表明91%的概率在24 ns内的偏振相关光子对的发射。
2009-11-25 quant-ph
Atom--photon Entanglement with a Single Trapped Cesium Atom
University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校)
通过光学镊子中单个铯原子的共振激发和自发衰变,实现原子-光子纠缠,并测得原始纠缠保真度为0.942(16)。
2026-08-18 quant-ph
Hardware requirements for trapped-ion based verifiable blind quantum computing with a measurement-only client
本研究针对50公里距离下基于囚禁离子的仅测量客户端可验证盲量子计算,通过数值模拟确定最低硬件需求,发现现有技术综合缺陷无法满足要求,并用遗传算法给出硬件优化方向,为近期实验实现规划路径。
2024-09-13 quant-ph
Microwave to optical conversion with atoms on a superconducting chip
我们描述了一个方案,相干转换超导共面波导谐振腔的微波光子到一个明确定义的时间和空间模式发射的光子。这种转换是通过在超导原子芯片的表面上方,靠近微波腔的波腹处捕获冷原子系综来实现的。微波光子耦合到原子的强里德伯跃迁,该原子也由具有适当频率和波矢的一对激光场驱动,以进行有效的波混合过程。在中等密度的系综中只有几千个原子的情况下,微波光子可以完全转换成以高概率发射到相位匹配方向的光学光子,并且例如,馈入光纤波导。该方案在自由空间配置中操作,而不需要原子与谐振光学腔的强耦合。
2019-07-24 quant-ph
Restoring polarization entanglement from solid-state photon sources by time-dependent photonic control
Technion–Israel Institute of Technology(以色列理工学院)
本文提出了一种光子补偿协议,通过在光子域中直接消除发射体诱导的相位演化,恢复固态光源中的偏振纠缠,无需时间后选择和检测器时间分辨率。
2026-04-14 quant-ph
Exactly solvable model of two trapped quantum particles interacting via finite-range soft-core interactions
本文提出了两个不可分辨的量子粒子(玻色子或费米子)被限制在一维简谐阱中,通过有限程软核相互作用相互作用的精确可解模型,并研究了该系统的许多性质。特别是,它表明,独立的潜在范围内,在强相互作用限制玻色子和费米子的解决方案成为退化。对于足够大的范围,系统中出现特定的结晶。结果与著名的Busch { \it et al.}模型和Tonks-Girardeau极限下的结果。假设的粒子间势与超冷的缀饰里德伯原子间势非常相似。因此,该模型可以通过实验进行检验。
2018-01-08 cond-mat.quant-gas quant-ph
Antibunched photons emitted by a quantum point contact out of equilibrium
出于对“GHz非经典光”的实验研究,我们确定了在狭窄的收缩中电流波动产生亚泊松辐射的条件。反聚束电子通常会产生聚束光子,因为相同的光子模式可以由独立于初始能量范围的电子衰变来填充。当衰减电子的初始能量范围受到限制时,光子反聚束在接近所施加电压V的频率处成为可能。利用传输矩阵的本征值T_n导出了在低于V的窄频率区间内光子反聚束的条件。这个条件在量子点接触中得到满足,其中只有一个T_n不同于0或1。光子统计是二项分布的叠加。
2004-07-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
A telecom-wavelength quantum repeater node based on a trapped-ion processor
本研究提出基于囚禁离子的通信波长量子中继器节点,实现50公里光纤两端光子纠缠,并测算出构建800公里级纠缠网络的系统改进路径,为分布式量子网络提供近期可行方案。
2023-02-15 physics.atom-ph quant-ph
Doubly-heralded single-photon absorption by a single atom
我们报道了一个单光子到单原子的界面,其中由自发参量下转换(SPDC)产生的单光子被单个捕获离子吸收。光子是由其在SPDC过程中产生的时间相关伙伴预示的,而吸收事件是由其过程中发射的单个光子预示的。符合检测标志着双重预示的吸收,使光子到原子的量子态转移[1,2]。在符合测量的背景强烈抑制了一种新的方法,区分真正的吸收事件从暗计数引起的符合。
2015-08-05 quant-ph
Trapped Ion Quantum Networking and Telecommunications Coexisting on One Fiber
Duke University(杜克大学);University of Maryland(马里兰大学)
本研究首次实验证明,在承载以太网和5G流量的已部署2.8公里光纤上,囚禁离子量子网络与电信信号可共存,从而利用现有经典光纤基础设施实现量子链路。
2026-09-10 physics.atom-ph quant-ph
Logical Error Rates for the Surface Code Under a Mixed Coherent and Stochastic Circuit-Level Noise Model Inspired by Trapped Ions
Oak Ridge National Laboratory(橡树岭国家实验室)
本文研究了基于离子阱的混合相干和随机噪声模型下的表面码逻辑错误率,验证了在高退相位率下错误抑制能力及逻辑错误率与随机模拟的一致性。
2025-12-29 quant-ph
Phase Transition of Trapped Nuclear Exciton of Long-lived Rhodium Mossbauer States
本文报道了用时间分辨和能量分辨光谱技术对长寿命铑穆斯堡尔辐射的实验观测。这些异常的观测结果表明,光子带隙的开放类似于超导能隙在跃迁点处的显著对称性破缺。这些观测结果对探测引力波和研制双光子伽玛激光器具有潜在的重要意义。首先,由特征发射光谱演化所显示的相变揭示了室温下不同的聚集态激子有序性。六个不同的阶段被确定的光谱轮廓发射的色心。其次,发现多极核跃迁的级联分支是自发级联下转换产生纠缠γ。从多晶样品的纠缠γ的宏观角分布表现出一个全球性的光子-核-光子的束缚态跨越晶界。第三,依赖于激子相位的伽马能量分布揭示了通常在几百eV的量级上的光子带隙。
2007-07-11 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Fluorescence Detection of a Trapped Ion with a Monolithically Integrated Single-Photon-Counting Avalanche Diode
我们报告的第一个演示的荧光检测使用单片集成的微加工表面离子阱的单光子雪崩光电二极管(SPAD)。SPAD定位在离子的捕获位置下方,并且被设计成检测从单个$^{174}$ Yb $^+$和$^{171}$ Yb $^+$离子发射的370 nm光子。我们实现了对$^{174}$ Yb $^+$的离子/非离子检测保真度为0.99,平均检测窗口为7.7(1)ms。我们报告在室温操作下暗计数率低至1.2 kHz。保真度受到激光散射、暗计数和加热的限制,这阻止了将离子直接保持在SPAD上方。我们测量计数率从每个贡献源和荧光作为离子位置的函数。基于有效检测器面积并使用离子作为校准光源,我们估计SPAD量子效率为24 $\pm$ 1%。
2021-07-07 physics.ins-det quant-ph
Optical super-resolution sensing of a trapped ion's wave packet size
我们展示了一个单一的捕获离子的波包的大小的超分辨率光学传感。我们的方法扩展了众所周知的基态耗尽(GSD)技术的相干制度。在这里,我们使用一个空心光束强烈饱和相干驱动偶极禁戒跃迁周围的子衍射限制区域在其中心和观察状态相关的荧光。通过空间扫描这个激光束在一个单一的捕获$^{40}\mathrm{Ca}^+$离子,我们能够测量冷却离子的波包大小。使用耗尽束腰的$4.2(1)\,μ$米,我们达到了空间分辨率,使我们能够确定一个波包大小为$39(9)\,$ nm的近基态冷却离子。该值与独立推导的$32(2)\,$ nm值相匹配,该值由解析边带光谱测量计算得出。最后,我们讨论了我们的适应GSD成像技术的最终分辨率限制,直接量子波包成像的应用。
2021-10-07 physics.optics quant-ph