論文の概要: Vibrational parametric arrays with trapped ions: non-Hermitian topological phases and quantum sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.06960v1
- Date: Mon, 10 Feb 2025 19:01:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-12 14:06:24.089760
- Title: Vibrational parametric arrays with trapped ions: non-Hermitian topological phases and quantum sensing
- Title（参考訳）: 閉じ込められたイオンを持つ振動パラメトリックアレイ-非エルミート位相と量子センシング
- Authors: Miguel Clavero-Rubio, Tomas Ramos, Diego Porras,
- Abstract要約: トラップ電位の局所的パラメトリック変調と連続レーザー冷却による捕捉イオンの線形配列を考察する。
我々は、捕捉されたイオンアレイが振動励起の方向増幅器として振る舞うトポロジカル増幅器の出現を予測する。
アレイの一方の端に閉じ込められたイオンが超弱力のセンサとして作用し、その振動信号が検出器として働く最後の閉じ込められたイオンに向かって増幅されるスキームを考える。
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- Abstract: We consider a linear array of trapped ions subjected to local parametric modulation of the trapping potential and continuous laser cooling. In our model, the phase of the parametric modulation varies linearly along the array, breaking time-reversal symmetry and inducing non-trivial topological effects. The linear response to an external force is investigated with the Green's function formalism. We predict the appearance of topological amplification regimes in which the trapped ion array behaves as a directional amplifier of vibrational excitations. The emergence of topological phases is determined by a winding number related to non-Hermitian point-gap topology. Beyond its fundamental interests as a topological driven-dissipative system, our setup can be used for quantum sensing of ultra-weak forces and electric fields. We consider a scheme in which a trapped ion at one edge of the array acts as a sensor of an ultra-weak force, and the vibrational signal gets amplified towards the last trapped ion, which acts as a detector. We consider arrays of 2-30 $^{25}$Mg$^+$ ions, assuming that the detector ion's displacement is measured via fluorescence with a spatial resolution of 200-500 nm, and predict sensitivities as small as 1 yN $\cdot$ Hz$^{-1/2}$. Our system has the advantage that the detected force frequency can be tuned by adjusting the frequency of the periodic drive.
- Abstract（参考訳）: トラップ電位の局所的パラメトリック変調と連続レーザー冷却による捕捉イオンの線形配列を考察する。
我々のモデルでは、パラメトリック変調の位相は配列に沿って直線的に変化し、時間反転対称性を破り、非自明な位相効果を誘導する。
外部力に対する線形応答はグリーン関数形式によって研究される。
我々は、捕捉されたイオンアレイが振動励起の方向増幅器として振る舞うトポロジカル増幅器の出現を予測する。
位相位相の出現は、非エルミート点ギャップ位相に関連する巻数によって決定される。
トポロジカル駆動散逸系としての基本的な関心だけでなく、我々の設定は超弱力と電場を量子センシングするためにも利用できる。
アレイの一方の端に閉じ込められたイオンが超弱力のセンサとして作用し、その振動信号が検出器として働く最後の閉じ込められたイオンに向かって増幅されるスキームを考える。
2-30$^{25}$Mg$^+$イオンの配列を考えると、検出器イオンの変位は200-500nmの空間分解能を持つ蛍光によって測定され、感度は1 yN$\cdot$ Hz$^{-1/2}$と予測される。
本システムでは,周期駆動の周波数を調整することで検出された力周波数を調整できるという利点がある。
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