論文の概要: Rapid cooling of the in-plane motion of two-dimensional ion crystals in a Penning trap to millikelvin temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.11906v2
• Date: Fri, 1 Mar 2024 18:36:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-05 20:12:39.512247
• Title: Rapid cooling of the in-plane motion of two-dimensional ion crystals in a Penning trap to millikelvin temperatures
• Title（参考訳）: ミリケルビン温度に対するペニングトラップにおける二次元イオン結晶の面内運動の高速冷却
• Authors: Wes Johnson, Athreya Shankar, John Zaris, John Bollinger, and Scott E. Parker
• Abstract要約: ペニングトラップにおける2次元イオン結晶の面内自由度を高速に冷却する手法を提案する。 提案手法により,10ms以下の温度で面内モードを約1mKまで冷却することができる。
• 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: We propose a highly feasible technique with no experimental overhead to rapidly cool the in-plane degrees of freedom of large two-dimensional ion crystals in Penning traps. Through simulations, we demonstrate that our approach enables the in-plane modes to cool down to a temperature of around 1 mK in less than 10 ms. Our technique relies on near-resonant coupling of the poorly cooled in-plane motions and the efficiently cooled out-of-plane motions, and is achieved without introducing additional potentials. The rapid cooling enabled by our approach is in contrast to typical operating conditions, where our simulations of the laser cooling dynamics suggest that the ion crystal's in-plane motion cools very slowly on a timescale of several hundreds of milliseconds, a rate likely slower than experimental heating rates. Our work sets the stage for sub-Doppler laser cooling of the planar motion, and more robust and versatile quantum simulation and quantum sensing experiments with two-dimensional crystals in Penning traps.
• Abstract（参考訳）: ペニングトラップにおける2次元イオン結晶の平面内自由度を高速に冷却する実験的なオーバーヘッドを伴わない高実用技術を提案する。 シミュレーションにより, 面内モードを10ms未満で約1mkの温度まで冷却できることを実証した。この手法は, 低冷却面内動作と効率良く冷却された面外動作の近共振結合に依存しており, 新たなポテンシャルを導入することなく実現している。 レーザ冷却力学のシミュレーションでは、数百ミリ秒の時間スケールでイオン結晶の面内運動が非常にゆっくりと冷却され、実験的な加熱速度よりも遅い可能性が示唆されている。 本研究は、平面運動のサブドップラーレーザー冷却と、ペニングトラップ内の二次元結晶を用いたより堅牢で汎用的な量子シミュレーションおよび量子センシング実験のステージを設定する。

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