論文の概要: Quantum control of a single $\mathrm{H}_2^+$ molecular ion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.06495v1
- Date: Tue, 10 Sep 2024 13:22:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-11 17:48:44.111825
- Title: Quantum control of a single $\mathrm{H}_2^+$ molecular ion
- Title（参考訳）: 1つの$\mathrm{H}_2^+$分子イオンの量子制御
- Authors: David Holzapfel, Fabian Schmid, Nick Schwegler, Oliver Stadler, Martin Stadler, Alexander Ferk, Jonathan P. Home, Daniel Kienzler,
- Abstract要約: $mathrmH+$は最も単純な安定な分子であり、内部構造は第一原理から高い精度で計算可能である。
レーザー冷却、蛍光検出、光ポンピングなどの標準的な制御方法は、$mathrmH+$には適用できない。
我々は、原子の「ヘルパー」イオンと共トラッピングすることで、1つの$mathrmH+$分子の完全な量子制御を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.82692226532414
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Science is founded on the benchmarking of theoretical models against experimental measurements, with the challenge that for all but the simplest systems, the calculations required for high precision become extremely challenging. $\mathrm{H}_2^+$ is the simplest stable molecule, and its internal structure is calculable to high precision from first principles. This allows tests of theoretical models and the determination of fundamental constants. However, studying $\mathrm{H}_2^+$ experimentally presents significant challenges. Standard control methods such as laser cooling, fluorescence detection and optical pumping are not applicable to $\mathrm{H}_2^+$ due to the very long lifetimes of its excited rotational and vibrational states. Here we solve this issue by using Quantum Logic Spectroscopy techniques to demonstrate full quantum control of a single $\mathrm{H}_2^+$ molecule by co-trapping it with an atomic 'helper' ion and performing quantum operations between the two ions. This enables us to perform pure quantum state preparation, coherent control and non-destructive readout, which we use to perform high-resolution microwave spectroscopy of $\mathrm{H}_2^+$. Our results pave the way for high precision spectroscopy of $\mathrm{H}_2^+$ in both the microwave and optical domains, while offering techniques which are transferable to other molecular ions.
- Abstract（参考訳）: 科学は、実験的な測定に対する理論モデルのベンチマークに基づいており、最も単純なシステムを除いては、高精度に必要な計算は非常に困難である。
$\mathrm{H}_2^+$は最も単純な安定な分子であり、内部構造は第一原理から高い精度で計算可能である。
これにより理論モデルの検証と基本定数の決定が可能である。
しかしながら、$\mathrm{H}_2^+$の研究は重要な課題を実験的に提示する。
レーザー冷却、蛍光検出、光ポンピングなどの標準的な制御方法は、励起された回転状態と振動状態の非常に長い寿命のため、$\mathrm{H}_2^+$には適用できない。
ここでは、量子論理分光法を用いて、原子の「ヘルパー」イオンと共トラッピングし、2つのイオン間の量子操作を実行することで、1つの$\mathrm{H}_2^+$分子の完全な量子制御を実証する。
これにより、純量子状態準備、コヒーレント制御、非破壊的読み出しが可能となり、$\mathrm{H}_2^+$の高分解能マイクロ波分光を行う。
この結果はマイクロ波および光領域の両方において$\mathrm{H}_2^+$の高精度分光の道を開くとともに、他の分子イオンに転移可能な技術を提供する。
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