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利用可见光和红外光冷却原子离子
摘要： 我们仅使用可见光和红外激光实现了表面电极阱中单电荷钙离子的装载、冷却与探测。不同于采用偶极允许跃迁的标准冷却方法，我们将729纳米四极跃迁的功率展宽与854纳米偶极允许跃迁对上能级的猝灭相结合。通过观测由此产生的393纳米荧光，实现了无背景的离子探测。研究表明该系统可在多普勒冷却与边带冷却模式间平滑过渡，并验证了该范围内的理论预测。我们获得的散射率可靠支持碰撞后重新冷却，并允许从热原子束中装载离子。本工作与当前光学波导技术的最新进展兼容，从而为大规模量子信息处理开辟了技术路径。当介电材料靠近被囚禁离子时，该方法还具有额外优势——所使用的波长不会导致显著电荷积累，这将促进远程离子间高速光学接口的实现。
关键词： 囚禁离子、激光冷却、量子光学
更新于2025-09-23 15:21:21
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）——面向量子技术应用的单频VECSEL定制化研究
摘要： 许多量子技术应用（如量子信息处理、精密计量和原子钟）依赖具有特定功率、线宽、光束质量和强度噪声等严苛特性的多波长激光器。这类激光器通常用于探测或改变中性原子与离子的量子态。除需精准匹配特定原子/离子系统的特性外，随着从实验室到实际应用转化需求的加速，这类激光器在成本控制、易用性及定制化方面也面临更高要求。 垂直外腔面发射激光器（VECSELs，又称OPSLs或SDLs）是光泵浦半导体激光器，兼具半导体量子阱激光器的波长灵活性、宽泵浦吸收带宽优势，以及二极管泵浦固态激光器的高输出功率与优异光束质量特性。其外腔结构可插入腔内波长选择元件实现可调谐单频运行，并能集成非线性晶体进行高效腔内频率转换。这些特性使VECSELs成为满足量子技术及其他高影响力应用需求的极具前景的解决方案。 我们展示了专为量子技术应用（特别是量子计算中囚禁离子的产生与操控）设计的紧凑型即用型单频VECSELs。先前研究聚焦于279.6 nm波长的镁离子多普勒冷却系统及285.3 nm波长的光电离系统。本次重点展示波长拓展成果：针对铍离子等潜力离子（313 nm与235 nm）优化的单频运行方案，并公布在1252 nm和940 nm波长实现瓦级单频输出的突破性进展（这些波长是获得313 nm与235 nm高功率输出的前提条件），同时介绍激光平台的最新研发成果。我们认为VECSELs有望替代现有众多激光系统，推动量子技术应用创新。
关键词： 单频激光器、VECSEL激光器、量子计算、量子技术、囚禁离子
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑 (2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 利用囚禁离子实现连续变量量子计算
摘要： 通常采用类原子系统的自旋态进行量子信息编码的方法存在可扩展性问题。例如，控制大量代表物理量子比特的囚禁原子离子极具挑战性。替代方案是利用近谐波势阱提供的大希尔伯特空间，在振子态中编码信息。我们通过单囚禁171Yb离子运动态的边带分辨寻址，演示了条件分束器门。该条件分束器（CBS）哈密顿量|e??e|(a?b + ab?)在离子内态条件下交换两个运动模式的量子态，因此可视为SWAP门——我们利用它演示SWAP测试、实现单次宇称测量，并生成最大纠缠的运动态NOON态。我们讨论了阻碍该门成为通用门的杂散相移问题，并证明通过引入辅助真空模，囚禁离子系统中的条件分束器门可用于构建实用算法（如矩阵求逆）及其他有趣应用所需的通用指数型SWAP门。
关键词： SWAP门、条件分束器门、NOON态、量子计算、囚禁离子
更新于2025-09-11 14:15:04
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探究不可分割量子系统中关联性的极限
摘要： 我们利用一个囚禁离子，通过5可观测量Klyachko、Can、Binicio?lu和Shumovsky不等式（这可以说是检验量子力学最基本非定域性不等式）研究单三态量子语境关联。通过有意扫描测量间信号传递程度来量化实验中的系统误差影响，从而为观测关联的非经典性设定现实边界。我们的结果最多比该实验的经典边界高出25个标准差，同时与量子力学极限相符。为验证量子力学关于语境分数随可观测量数量增加的预测，我们将测量复杂度从5个逐步提升至121个可观测量。发现在所有制备场景中（最高达101个可观测量）都存在超越经典的关联，超过该数值后实验缺陷会模糊量子-经典的界限。
关键词： 量子上下文性、非上下文不等式、上下文分数、量子力学、囚禁离子
更新于2025-09-10 09:29:36
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通过长时间相干性提高频率估计的精度
摘要： 在过去几年中，为以最精确的方式确定未知参数值并考虑噪声影响，研究者们提出了多种估计策略。这些策略通常依赖于传感探针间的量子纠缠，在探针数量趋于无穷的渐近极限下被证明是最优的——前提是测量时间尺度不断缩短。本文提出一种不同的频率估计方法：通过合理设计环境，在长时间极限下利用每个传感粒子态中的量子相干性。借助常用主方程，我们证明该策略在有限探针数量时能超越基于纠缠的策略所能达到的精度。我们还讨论了该方案在以囚禁离子作为量子传感器的实际装置中的可能实现方式。
关键词： 量子相干性、频率估计、囚禁离子、量子计量学
更新于2025-09-09 09:28:46
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光子反冲光谱学：系统偏移与非经典增强
摘要： 在光子反冲光谱学中，如Hempel等人[C. Hempel等，《自然·光子学》7卷630页(2013年)]和Wan等人[Y. Wan等，《自然·通讯》5卷3096页(2014年)]所示，信号源自光谱照明对囚禁离子运动产生的反冲效应。该方法利用离子晶体中声子检测的极高效率，因此特别适用于具有宽非循环跃迁的物种——这类物种的荧光光子检测难以实现。本文基于声子模式维格纳函数的福克-普朗克方程，建立了描述光子反冲光谱学的理论模型。该模型正确解释了实验中观测到的多普勒加热与冷却导致的系统频移。此外，我们研究了通过制备和检测声子模式非经典态来增强光谱灵敏度的量子计量方案。
关键词： 维格纳函数、量子计量学、多普勒效应、非经典态、?？?普朗克方程、囚禁离子、光子反冲光谱学
更新于2025-09-09 09:28:46
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经典驱动非线性Jaynes-Cummings模型中的时间排序
摘要： 最近[F. Krumm与W. Vogel，《物理评论A》97卷043806页(2018年)]提出了描述囚禁离子量子化运动的失谐非线性Jaynes-Cummings模型，并通过将驱动激光量子化处理求解了相应动力学过程。对于经典驱动激光的动力学情形，研究采用忽略时间排序的近似方法获得解析表达式，并与数值求解的精确动力学结果进行对比，揭示了该近似的不足。本研究重新考察该模型，证明在经典驱动激光场条件下同样能包含时间排序项进行解析求解?；诮馕鼋猓颐茄芯苛讼低彻赜诶胱釉硕蔷湫杂氩豢赡Ｄ庑缘牧孔邮奔渑判蛐в?。进一步利用Magnus展开分析特定阶时间排序的影响，推导出超越既有充分条件准则的这些时间排序修正项精确收敛半径。最后讨论了本文所得解与先前采用量子化泵浦所得解之间的差异。
关键词： 囚禁离子、Jaynes-Cummings模型、量子化运动、时间排序、不可模拟性、非经典性、Magnus展开
更新于2025-09-04 15:30:14