論文の概要: Broadening of the drumhead mode spectrum due to in-plane thermal
fluctuations of two-dimensional trapped ion crystals in a Penning trap
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.08239v1
- Date: Wed, 19 Aug 2020 03:30:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-05 20:43:53.435703
- Title: Broadening of the drumhead mode spectrum due to in-plane thermal
fluctuations of two-dimensional trapped ion crystals in a Penning trap
- Title（参考訳）: ペニングトラップにおける2次元閉じ込めイオン結晶の面内熱揺らぎによるドラムヘッドモードスペクトルの拡大
- Authors: Athreya Shankar, Chen Tang, Matthew Affolter, Kevin Gilmore, Daniel H.
E. Dubin, Scott Parker, Murray J. Holland and John J. Bollinger
- Abstract要約: ペニングトラップに蓄えられたイオンの2次元結晶は、量子シミュレーションとセンシング実験の主要なプラットフォームである。
小さな振幅では、そのような結晶の面外運動はドラムヘッドモードと呼ばれるノーマルモードの離散的なセットで記述することができる。
我々は,ドラムヘッドモードスペクトルの拡大に寄与するイオン位置の面内熱ゆらぎを確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.267246878862164
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Two-dimensional crystals of ions stored in Penning traps are a leading
platform for quantum simulation and sensing experiments. For small amplitudes,
the out-of-plane motion of such crystals can be described by a discrete set of
normal modes called the drumhead modes, which can be used to implement a range
of quantum information protocols. However, experimental observations of
crystals with Doppler-cooled and even near-ground-state-cooled drumhead modes
reveal an unresolved drumhead mode spectrum. In this work, we establish
in-plane thermal fluctuations in ion positions as a major contributor to the
broadening of the drumhead mode spectrum. In the process, we demonstrate how
the confining magnetic field leads to unconventional in-plane normal modes,
whose average potential and kinetic energies are not equal. This property, in
turn, has implications for the sampling procedure required to choose the
in-plane initial conditions for molecular dynamics simulations. For current
operating conditions of the NIST Penning trap, our study suggests that the two
dimensional crystals produced in this trap undergo in-plane potential energy
fluctuations of the order of $10$ mK. Our study therefore motivates the need
for designing improved techniques to cool the in-plane degrees of freedom.
- Abstract（参考訳）: ペニングトラップに蓄えられたイオンの2次元結晶は、量子シミュレーションとセンシング実験の主要なプラットフォームである。
小さな振幅では、そのような結晶の面外運動は、ドラムヘッドモードと呼ばれる離散的なノーマルモードのセットで記述することができ、様々な量子情報プロトコルを実装するのに使うことができる。
しかし、ドップラー冷却および近地冷却ドラムヘッドモードによる結晶の実験的観察により、未解決ドラムヘッドモードスペクトルが明らかとなった。
本研究では, ドラムヘッドモードスペクトルの拡大に寄与する主要な要因として, イオン位置の面内熱揺らぎを確立する。
このプロセスでは、磁場の収束が、平均電位と運動エネルギーが等しくない非伝統的な平面内正規モードにどのように導かれるかを示す。
この性質は、分子動力学シミュレーションのために平面内初期条件を選択するのに必要なサンプリング手順に意味を持つ。
NISTペニングトラップの現在の運転条件については,このトラップで生成した2次元結晶が10ドルmKの平面内ポテンシャルエネルギー変動を受けることを示唆している。
したがって,本研究は,平面内自由度を冷やすための改良技術設計の必要性を示唆する。
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