論文の概要: In-situ-tunable spin-spin interactions in a Penning trap with in-bore
optomechanics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.17742v1
- Date: Wed, 31 Jan 2024 11:00:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-01 14:50:22.170431
- Title: In-situ-tunable spin-spin interactions in a Penning trap with in-bore
optomechanics
- Title（参考訳）: In-situ-tunable spin-spin interaction in a Penning trap with in-bore optomechanics
- Authors: Joseph H. Pham, Julian Y. Z. Jee, Alexander Rischka, Michael J.
Biercuk, Robert N. Wolf
- Abstract要約: 本稿では,コヒーレントスピンモーションとスピンスピン相互作用強度のその場チューニングのためのオプティメカルシステムを提案する。
誘導平均場スピン沈降率の測定値を用いて,本システムの特徴付けを行う。
これらの実験は、コヒーレントと非コヒーレント相互作用強度の比のおよそ$times2$の変動を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.94295877935867
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Experimental implementations of quantum simulation must balance the
controllability of the quantum system under test with decoherence typically
introduced through interaction with external control fields. The ratio of
coherent interaction strength to decoherence induced by stimulated emission in
atomic systems is typically determined by hardware constraints, limiting the
flexibility needed to explore different operating regimes. Here, we present an
optomechanical system for in-situ tuning of the coherent spin-motion and
spin-spin interaction strength in two-dimensional ion crystals confined in a
Penning trap. The system introduces active optical positioners into the tightly
constrained space of the bore of a superconducting magnet, allowing
adjustability of the key hardware parameter which determines the ratio of
coherent to incoherent light-matter interaction for fixed optical power. Using
precision closed-loop piezo-actuated positioners, the system permits in-situ
tuning of the angle-of-incidence of laser beams incident on the ion crystal up
to $\theta_{\text{ODF}}\approx 28^\circ$. We characterize the system using
measurements of the induced mean-field spin precession under the application of
an optical dipole force in ion crystals cooled below the Doppler limit through
electromagnetically induced transparency cooling. These experiments show
approximately a $\times2$ variation in the ratio of the coherent to incoherent
interaction strength with changing $\theta_{\text{ODF}}$, consistent with
theoretical predictions. We characterize system stability over 6000 seconds;
rigid mounting of optomechanics to the ion trap structure reduces differential
laser movements to approximately $2\times 10^{-3}$ degrees per hour, enabling
long-duration experiments. These technical developments will be crucial in
future quantum simulations and sensing applications.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションの実験的な実装は、テスト中の量子システムの制御可能性と、通常外部制御場との相互作用によってもたらされる非一貫性のバランスをとらなければならない。
原子系における刺激された放出によって引き起こされるコヒーレンスに対するコヒーレント相互作用の強さの比率は、通常ハードウェアの制約によって決定され、異なる運用体制を探索するのに必要な柔軟性が制限される。
本稿では,ペニングトラップに閉じ込められた2次元イオン結晶のコヒーレントスピン運動とスピンスピン相互作用強度をその場でチューニングする光学力学系を提案する。
このシステムは、超電導磁石のボアの狭い空間にアクティブな光ポジショナーを導入することで、固定光電力に対するコヒーレントと非コヒーレント光間相互作用の比率を決定する鍵ハードウェアパラメータの調整を可能にする。
正確なクローズドループ圧電式位置決め器を用いて、イオン結晶上に発生するレーザービームの入射角を、最大$\theta_{\text{ODF}}\approx 28^\circ$までその場で調整することができる。
ドップラー限界以下で冷却されたイオン結晶の光双極子力を電磁誘導透過冷却に応用した誘導平均場スピン偏差の測定を用いてシステムを特徴付ける。
これらの実験は、理論的な予測と一致する$\theta_{\text{ODF}}$を変更することで、コヒーレントと非コヒーレント相互作用強度の比の約$\times2$の変化を示す。
我々は、システムの安定性を6000秒以上特徴づける。イオントラップ構造に光学系を厳格に取り付けることで、差動レーザーの動きを1時間あたり約2\times 10^{-3}$度まで減少させ、長いデュレーション実験を可能にする。
これらの技術開発は、将来の量子シミュレーションとセンシングアプリケーションに不可欠である。
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