論文の概要: Algorithmic Ground-state Cooling of Weakly-Coupled Oscillators using
Quantum Logic
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.12427v2
- Date: Thu, 25 Feb 2021 17:31:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-10 00:57:01.233803
- Title: Algorithmic Ground-state Cooling of Weakly-Coupled Oscillators using
Quantum Logic
- Title（参考訳）: 量子論理を用いた弱結合振動子のアルゴリズム的地中冷却
- Authors: Steven A. King, Lukas J. Spie{\ss}, Peter Micke, Alexander Wilzewski,
Tobias Leopold, Jos\'e R. Crespo L\'opez-Urrutia, Piet O. Schmidt
- Abstract要約: 本稿では,低冷却モードから効率的な冷却モードへフォノンを転送するための新しいアルゴリズム冷却プロトコルを提案する。
我々は、Be$+$-Ar$13+$混合クーロン結晶の2つの運動モードを同時にゼロ点エネルギーに近づけることで、実験的にこれを実証した。
この2つのモードで, 残留温度はTlesssim200mathrmmu K$のみである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 52.77024349608834
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Most ions lack the fast, cycling transitions that are necessary for direct
laser cooling. In most cases, they can still be cooled sympathetically through
their Coulomb interaction with a second, coolable ion species confined in the
same potential. If the charge-to-mass ratios of the two ion types are too
mismatched, the cooling of certain motional degrees of freedom becomes
difficult. This limits both the achievable fidelity of quantum gates and the
spectroscopic accuracy. Here we introduce a novel algorithmic cooling protocol
for transferring phonons from poorly- to efficiently-cooled modes. We
demonstrate it experimentally by simultaneously bringing two motional modes of
a Be$^{+}$-Ar$^{13+}$ mixed Coulomb crystal close to their zero-point energies,
despite the weak coupling between the ions. We reach the lowest temperature
reported for a highly charged ion, with a residual temperature of only
$T\lesssim200~\mathrm{\mu K}$ in each of the two modes, corresponding to a
residual mean motional phonon number of $\langle n \rangle \lesssim 0.4$.
Combined with the lowest observed electric field noise in a radiofrequency ion
trap, these values enable an optical clock based on a highly charged ion with
fractional systematic uncertainty below the $10^{-18}$ level. Our scheme is
also applicable to (anti-)protons, molecular ions, macroscopic charged
particles, and other highly charged ion species, enabling reliable preparation
of their motional quantum ground states in traps.
- Abstract（参考訳）: ほとんどのイオンは直接レーザー冷却に必要な高速サイクル遷移を欠いている。
ほとんどの場合、同じポテンシャルに閉じ込められた第2の冷却可能なイオン種とのクーロン相互作用によって、同調的に冷却することができる。
2種類のイオンの電荷対質量比が不一致である場合、ある種の運動自由度の冷却は困難になる。
これにより、達成可能な量子ゲートの忠実度と分光精度の両方が制限される。
本稿では,低温度モードから効率良く冷却モードへフォノンを転送するための新しいアルゴリズム冷却プロトコルを提案する。
我々は, イオン間の弱い結合にもかかわらず, be$^{+}$-ar$^{13+}$混合クーロン結晶の2つの運動モードをゼロ点エネルギーに近接させて実験的に示す。
我々は高電荷イオンに対して報告された最低温度に達し、残留温度は2つのモードそれぞれでわずか$T\lesssim200~\mathrm{\mu K}$であり、残留平均運動フォノン数は$\langle n \rangle \lesssim 0.4$である。
高周波イオントラップにおける最も低い電界ノイズと組み合わせて、これらの値は10^{-18}$レベル以下の分数的な系統的不確かさを持つ高荷電イオンに基づく光時計を可能にする。
また, (アンチ) プロトン, 分子イオン, 高分子荷電粒子, その他の高荷電性イオン種にも適用でき, トラップ中の量子基底状態の再現性が期待できる。
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