論文の概要: Isotope-agnostic motional ground-state cooling of neutral Yb atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.09031v1
- Date: Tue, 10 Jun 2025 17:54:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-11 15:11:43.061671
- Title: Isotope-agnostic motional ground-state cooling of neutral Yb atoms
- Title（参考訳）: 中性Yb原子の同位体非依存運動基底状態冷却
- Authors: Ronen M. Kroeze, René A. Villela, Er Zu, Tim O. Höhn, Monika Aidelsburger,
- Abstract要約: フェルミオン型171ドルYbおよびボゾン型174ドルYb原子を2次元および3次元光学格子で直接冷却することを示した。
我々は,空間トラップの不均一性の影響を緩和するために,クロックレーザー周波数を洗浄するサイドバンド冷却方式を開発した。
同じスキームを3Dで適用すると、$barnsimeq0.15$は垂直方向の層間不均一性によって制限される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Efficient high-fidelity ground-state cooling of motional degrees of freedom is crucial for applications in quantum simulation, computing and metrology. Here, we demonstrate direct ground-state cooling of fermionic $^{171}$Yb and bosonic $^{174}$Yb atoms in two- and three-dimensional magic-wavelength optical lattices on the ultranarrow clock transition. Its high spectral resolution offers the potential for reaching extremely low temperatures. To ensure efficient cooling, we develop a chirped sideband cooling scheme, where we sweep the clock-laser frequency to mitigate the effects of spatial trap inhomogeneities. We further generalize the theoretical description of sideband spectra to higher-dimensional lattices for precise thermometry. We achieve 2D ground state fractions of $97\%$ for $^{171}$Yb with an average motional occupation of $\bar{n}\simeq0.015$ and provide a direct comparison with $^{174}$Yb, reaching similar cooling performance. Applying the same scheme in 3D results in $\bar{n}\simeq0.15$ limited by layer-to-layer inhomogeneities in the vertical direction. These results demonstrate efficient motional ground-state cooling in optical lattices, especially for bosonic alkaline-earth(-like) atoms, where other methods are not applicable, opening the door to novel protocols for quantum science applications with neutral atoms.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレーション、計算、気象学の分野では、運動自由度の効率的な高忠実基底状態冷却が不可欠である。
ここでは、フェルミオン$^{171}$Ybとボソニック$^{174}$Yb原子の2次元および3次元マジック波長光学格子の超短波遷移における直接基底状態冷却を実証する。
高いスペクトル分解能は極低温に達する可能性がある。
効率的な冷却を実現するために、クロックレーザー周波数を洗浄し、空間トラップの不均一性の影響を緩和する冷却サイドバンド冷却方式を開発した。
さらに、サイドバンドスペクトルの理論的な記述を高次元格子に一般化して、正確な温度測定を行う。
平均運動量$\bar{n}\simeq0.015$の2次元基底状態分画を$^{171}$Ybで達成し、$^{174}$Ybと直接比較し、同様の冷却性能を得る。
同じスキームを3Dで適用すると、$\bar{n}\simeq0.15$は垂直方向の層間不均一性によって制限される。
これらの結果は、光学格子、特にボゾンアルカリ-アース(-様)原子において、他の方法では適用できない効率的な基底状態冷却を示し、中性原子を用いた量子科学応用のための新しいプロトコルへの扉を開く。
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