論文の概要: Quantum control of a single $\mathrm{H}_2^+$ molecular ion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.06495v2
- Date: Wed, 09 Jul 2025 06:41:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-10 17:37:43.240009
- 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: 2Hzの精度で$mathrmH+$の超微細構造における高分解能マイクロ波分光法を実証した。
その結果,マイクロ波領域と光領域の両方で$mathrmH+$の高精度分光法が得られた。
- 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 structure is calculable to high precision. However, studying $\mathrm{H}_2^+$ experimentally presents significant challenges: Standard control methods such as laser cooling are not applicable due to the long lifetimes of its rotational and vibrational states. Here we solve this issue by combining buffer gas cooling to quench the $\mathrm{H}_2^+$ rovibrational excitation with quantum logic operations between $\mathrm{H}_2^+$ and a co-trapped 'helper' ion to control the molecule's hyperfine structure. This enables us to perform pure quantum state preparation, coherent control, and non-destructive readout, which we use to demonstrate high-resolution microwave spectroscopy in the hyperfine structure of $\mathrm{H}_2^+$ with a precision of 2 Hz. Our results pave the way for high precision spectroscopy of $\mathrm{H}_2^+$ in both the microwave and optical domains. Due to the wide applicability of buffer gas cooling, our method provides a general tool for molecular ion species that are hard to control with quantum logic tools alone.
- 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、その構造は高い精度で計算可能である。
しかしながら、$\mathrm{H}_2^+$の研究は、重要な課題を実験的に示す: レーザー冷却のような標準的な制御方法は、その回転状態と振動状態の長い寿命のために適用できない。
ここでは、バッファーガス冷却を$\mathrm{H}_2^+$ rovibrational excitation と $\mathrm{H}_2^+$ の量子論理演算と、分子の超微細構造を制御するために共分散した 'helper' イオンとの焼入れにより、この問題を解決する。
これにより、純量子状態調製、コヒーレント制御、非破壊読出しが可能となり、2Hzの精度で$\mathrm{H}_2^+$の超微細構造における高分解能マイクロ波分光を実証することができる。
その結果,マイクロ波領域と光領域の両方において,$\mathrm{H}_2^+$の高精度分光法が確立された。
バッファーガス冷却の幅広い適用性のため,本手法は量子論理ツールのみでは制御が難しい分子イオン種に対して汎用的なツールを提供する。
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