論文の概要: Laser cooling trapped-ion crystal modes beyond the Lamb-Dicke regime

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.18818v1
• Date: Wed, 27 Nov 2024 23:42:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-02 15:18:57.546482
• Title: Laser cooling trapped-ion crystal modes beyond the Lamb-Dicke regime
• Title（参考訳）: Lamb-Dicke系以外のレーザー冷却トラップイオン結晶モード
• Authors: John P. Bartolotta, Brian Estey, Michael Foss-Feig, David Hayes, Christopher N. Gilbreth,
• Abstract要約: トラップイオン結晶のエネルギー依存冷却力学を予測するための非摂動半古典的手法を構築した。 提案手法は, レーザー冷却力学の高速かつ高精度な予測をエネルギースケールで行うことによって, 完全量子モデルを補完する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Laser cooling methods for trapped ions are most commonly studied at low energies, i.e., in the Lamb-Dicke regime. However, ions in experiments are often excited to higher energies for which the Lamb-Dicke approximation breaks down. Here we construct a non-perturbative, semiclassical method for predicting the energy-dependent cooling dynamics of trapped-ion crystals with potentially many internal levels and motional modes beyond the Lamb-Dicke regime. This method allows accurate and efficient modeling of a variety of interesting phenomena, such as the breakdown of EIT cooling at high energies and the simultaneous cooling of multiple high-temperature modes. We compare its predictions both to fully-quantum simulations and to experimental data for a broadband EIT cooling method on a Raman $S$-$D$ transition in $^{138}$Ba${^+}$. We find the method can accurately predict cooling rates over a wide range of energies relevant to trapped ion experiments. Our method complements fully quantum models by allowing for fast and accurate predictions of laser-cooling dynamics at much higher energy scales.
• Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオンに対するレーザー冷却法は、低エネルギー、すなわちラム・ディッケ系において最もよく研究されている。 しかし、実験中のイオンはしばしばランブ・ディッケ近似が崩壊する高エネルギーに励起される。 ここでは,ランブ・ディッケ系以外の内部レベルや運動モードが潜在的に多様であるトラップイオン結晶のエネルギー依存冷却ダイナミクスを予測するための,非摂動的半古典的手法を構築する。 この方法は、高エネルギーでのEIT冷却の破壊や、複数の高温モードの同時冷却など、様々な興味深い現象の正確かつ効率的なモデリングを可能にする。 我々は、その予測を完全量子シミュレーションとRaman$S$-$D$transition in $^{138}$Ba${^+}$でブロードバンドEIT冷却法の実験データと比較した。 本手法は, 閉じ込められたイオン実験に関連する幅広いエネルギーに対して, 冷却速度を正確に予測できることがわかった。 提案手法は, レーザー冷却力学の高速かつ高精度な予測をエネルギースケールで行うことによって, 完全量子モデルを補完する。

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