論文の概要: Adiabatic Cooling of Planar Motion in a Penning Trap Ion Crystal to Sub-Millikelvin Temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.12429v1
• Date: Wed, 16 Jul 2025 17:17:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-17 19:00:11.493193
• Title: Adiabatic Cooling of Planar Motion in a Penning Trap Ion Crystal to Sub-Millikelvin Temperatures
• Title（参考訳）: ペニングトラップイオン結晶中の平面運動のサブミルリクルビン温度への断熱冷却
• Authors: Wes Johnson, Bryce Bullock, Athreya Shankar, John Zaris, John J. Bollinger, Scott E. Parker,
• Abstract要約: ペニングトラップ内の二次元平面イオン結晶は、量子情報科学実験のためのプラットフォームである。 これらの結晶の低周波平面モードはレーザー冷却によって効率的に冷却されない。 非線形モード結合は低周波平面モードの冷却を促進できることを示す。
• 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: Two-dimensional planar ion crystals in a Penning trap are a platform for quantum information science experiments. However, the low-frequency planar modes of these crystals are not efficiently cooled by laser cooling, which can limit the utility of the drumhead modes for quantum information processing. Recently, it has been shown that nonlinear mode coupling can enhance the cooling of the low-frequency planar modes. Here, we demonstrate in numerical simulations that this coupling can be dynamically tuned by adiabatically changing the rotation frequency of the ion crystal during experiments. Furthermore, we show that this technique can, in addition, produce lower temperatures for the low-frequency planar modes via an adiabatic cooling process. This result allows cooling of the planar modes to sub-millikelvin temperatures, resulting in improved spectral resolution of the drumhead modes at experimentally relevant rotation frequencies, which is crucial for quantum information processing applications.
• Abstract（参考訳）: ペニングトラップ内の二次元平面イオン結晶は、量子情報科学実験のためのプラットフォームである。 しかし、これらの結晶の低周波平面モードはレーザー冷却によって効率的に冷却されないため、量子情報処理におけるドラムヘッドモードの有用性を制限できる。 近年, 非線形モード結合により低周波平面モードの冷却が促進されることが示されている。 ここでは, この結合は実験中にイオン結晶の回転周波数を断熱的に変化させることで動的に調整できることを数値シミュレーションで示す。 さらに, この手法は, 断熱冷却により低周波平面モードの低温を発生させることができることを示す。 この結果、平面モードをサブミルマチルビン温度に冷却することができ、実験的な回転周波数でのドラムヘッドモードのスペクトル分解能が向上し、量子情報処理の応用に欠かせないものとなった。

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