論文の概要: Towards Improved Quantum Simulations and Sensing with Trapped 2D Ion
Crystals via Parametric Amplification
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.08195v2
- Date: Fri, 20 Jan 2023 18:31:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-23 14:24:03.232356
- Title: Towards Improved Quantum Simulations and Sensing with Trapped 2D Ion
Crystals via Parametric Amplification
- Title（参考訳）: パラメトリック増幅による捕捉2次元イオン結晶による量子シミュレーションとセンシングの改善に向けて
- Authors: Matt Affolter, Wenchao Ge, Bryce Bullock, Shaun C. Burd, Kevin A.
Gilmore, Jennifer F. Lilieholm, Allison L. Carter, John J. Bollinger
- Abstract要約: コヒーレンスの改善は、量子シミュレーションとトラップイオンを用いたセンシング実験における根本的な課題である。
ここでは、2つの異なるプロトコルの潜在的な影響を議論し、実験的に実証し、推定する。
実験はペニングトラップに閉じ込められた約$9$Be$+$イオンの2次元結晶アレイ上で実施される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Improving coherence is a fundamental challenge in quantum simulation and
sensing experiments with trapped ions. Here we discuss, experimentally
demonstrate, and estimate the potential impacts of two different protocols that
enhance, through motional parametric excitation, the coherent spin-motion
coupling of ions obtained with a spin-dependent force. The experiments are
performed on 2D crystal arrays of approximately one hundred $^9$Be$^+$ ions
confined in a Penning trap. By modulating the trapping potential at close to
twice the center-of-mass mode frequency, we squeeze the motional mode and
enhance the spin-motion coupling while maintaining spin coherence. With a
stroboscopic protocol, we measure $5.4 \pm 0.9$ dB of motional squeezing below
the ground-state motion, from which theory predicts a $10$ dB enhancement in
the sensitivity for measuring small displacements using a recently demonstrated
protocol [Science $\textbf{373}$, 673 (2021)]. With a continuous squeezing
protocol, we measure and accurately calibrate the parametric coupling strength.
Theory suggests this protocol can be used to improve quantum spin squeezing,
limited in our system by off-resonant light scatter. We illustrate numerically
the trade-offs between strong parametric amplification and motional dephasing
in the form of center-of-mass frequency fluctuations for improving quantum spin
squeezing in our set-up.
- Abstract（参考訳）: コヒーレンスの改善は、量子シミュレーションとトラップイオンを用いたセンシング実験における根本的な課題である。
そこで我々は, スピン依存力で得られたイオンの運動パラメトリック励起により, 粒子のコヒーレントなスピン運動結合を増強する2つの異なるプロトコルの潜在的影響を, 実験的に検証し, 評価する。
実験はペニングトラップに閉じ込められた約100ドル^9$Be$^+$イオンの2次元結晶アレイ上で実施される。
中心モード周波数の約2倍のトラッピング電位を変調することにより、運動モードを圧縮し、スピンコヒーレンスを維持しながらスピン-モーションカップリングを増強する。
ストロボスコピックのプロトコルでは、基底状態の運動より下方で5.4 \pm 0.9$ dbの運動を計測し、理論では、最近実証されたプロトコル[science $\textbf{373}$, 673 (2021)]を使用して、小さな変位を測定する感度の10ドルのdbを予測している。
連続的スクイーズプロトコルを用いてパラメトリック結合強度を測定し,正確に測定する。
理論上、このプロトコルは、オフ共鳴光散乱によってシステム内で制限された量子スピンスクイーズを改善するために使用できる。
本研究では, 強いパラメトリック増幅と運動強調のトレードオフを, 中心周波数変動の形で数値的に説明し, 設定時の量子スピンスクイーズを改善する。
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