論文の概要: Robust and scalable rf spectroscopy in first-order magnetic sensitive
states at second-long coherence time
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.01486v1
- Date: Fri, 2 Jun 2023 12:22:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-05 15:17:52.326486
- Title: Robust and scalable rf spectroscopy in first-order magnetic sensitive
states at second-long coherence time
- Title（参考訳）: 2次コヒーレンス時間における一次磁気感度状態におけるロバストでスケーラブルなrf分光
- Authors: C.-H. Yeh, K. C. Grensemann, L. S. Dreissen, H. A. F\"urst, T. E.
Mehlst\"aubler
- Abstract要約: 我々は、捕捉されたイオンの磁気サブレベルにおける第2の長コヒーレンス時間におけるロバストでスケーラブルな高周波複合パルス分光法について詳しく検討した。
UR10配列はGSE配列の38倍(13倍)のパルス持続時間(周波数デチューニング)誤差を示す。
我々はシミュレーションを2F_7/2$状態の8レベル多様体に拡張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Trapped-ion quantum sensors have become highly sensitive tools for the search
of physics beyond the Standard Model. Recently, stringent tests of local
Lorentz-invariance (LLI) have been conducted with precision spectroscopy in
trapped ions. We here elaborate on robust and scalable radio-frequency
composite-pulse spectroscopy at second long coherence times in the magnetic
sublevels of the long-lived $^{2}F_{7/2}$ state of a trapped $^{172}$Yb$^{+}$
ion. We compare two Ramsey-type composite rf pulse sequences, a generalized
spin-echo (GSE) sequence and a sequence based on universal rotations with 10
rephasing pulses (UR10) that decouple the energy levels from magnetic field
noise, enabling robust and accurate spectroscopy. Both sequences are
characterized theoretically and experimentally in the spin-$1/2$$\
$$^{2}S_{1/2}$ electronic ground state of $^{172}$Yb$^{+}$ and results show
that the UR10 sequence is 38 (13) times more robust against pulse duration
(frequency detuning) errors than the GSE sequence. We extend our simulations to
the eight-level manifold of the $^2F_{7/2}$ state, which is highly sensitive to
a possible violation of LLI, and show that the UR10 sequence can be used for
high-fidelity Ramsey spectroscopy in noisy environments. The UR10 sequence is
implemented experimentally in the $^2F_{7/2}$ manifold and a coherent signal of
up to $2.5\,$s is reached. We have implemented the sequence and used it to
perform the most stringent test of LLI in the electron-photon sector to date.
Due to the robustness of the UR10 sequence, it can be applied on larger ion
crystals to improve tests of Lorentz symmetry further. We demonstrate that the
sequence can also be used to extract the quadrupole moment of the meta-stable
$^{2}F_{7/2}$ state, obtaining a value of $\Theta\,=\,-0.0298(38)\,ea^{2}_{0}$
which is in agreement with the value deduced from clock measurements.
- Abstract（参考訳）: トラップイオン量子センサーは、標準モデルを超えて物理学を探索するための非常に敏感なツールとなっている。
近年,局所ローレンツ不変性(lli)のストリングテストが捕捉イオンの精密分光法を用いて行われている。
ここでは, 捕捉された$^{172}$yb$^{+}$イオンの長寿命$^{2}f_{7/2}$状態の磁気サブレベルにおける2番目の長いコヒーレンス時間におけるロバストでスケーラブルな高周波複合パルス分光について詳述する。
2つのラムゼー型複合rfパルスシーケンス、一般化スピンエコー(gse)シーケンスと、10個の強調パルス(ur10)を持つ普遍回転に基づくシーケンスを比較し、エネルギー準位を磁場ノイズから切り離し、ロバストで正確な分光分析を可能にした。
両シーケンスは理論上、実験的に、スピン-$1/2$$$$$$$^{2}s_{1/2}$ 電子基底状態$^{172}$yb$^{+}$で特徴づけられ、結果、ur10シーケンスはgseシーケンスよりもパルス持続時間(周波数減衰)エラーに対して38(13)強固であることが示されている。
我々は、このシミュレーションを、LLIの違反に非常に敏感な$^2F_{7/2}$状態の8レベル多様体に拡張し、雑音環境下での高忠実ラムゼー分光にUR10系列が使用できることを示す。
UR10配列は、$^2F_{7/2}$多様体で実験的に実装され、2.5\,$sまでのコヒーレント信号に到達する。
我々は、このシーケンスを実装し、電子-光子セクターにおけるLLIの最も厳密な試験に使用した。
UR10配列の堅牢性のため、ローレンツ対称性のテストを改善するためにより大きなイオン結晶に適用することができる。
また、このシーケンスを用いて、準安定な$^{2}F_{7/2}$状態の四重極モーメントを抽出し、クロック測定から導出される値と一致する$\Theta\,=\,-0.0298(38)\,ea^{2}_{0}$を得ることを示した。
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