論文の概要: Realization of Trapped Ion Dynamics in the Strong-Field Regime and Non-Markovianity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.20444v1
• Date: Thu, 23 Oct 2025 11:25:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:17.826656
• Title: Realization of Trapped Ion Dynamics in the Strong-Field Regime and Non-Markovianity
• Title（参考訳）: 強磁場レジームと非マルコビアン性におけるトラップイオンダイナミクスの実現
• Authors: Kamran Rehan, Hengchao Tu, Menglin Zou, Zihan Yin, Jing-Ning Zhang, Kihwan Kim,
• Abstract要約: 我々は、Rabi周波数(Omega)が振動モード周波数(nu)に近づくトラップイオンのダイナミクスを実験的に検討した。 量子状態トモグラフィーを用いて、密度行列を再構成し、その進化を追跡して非マルコビアン性を評価する。 本研究は,非マルコフ性,コヒーレント制御,および極端状態における開量子系の基本的な挙動を解明するために,トラップイオンプラットフォームを用いた経路を確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4501901364234226
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Probing quantum dynamics in the strong-field regime is critical for advancing our understanding of controlled quantum systems and developing robust quantum technologies. In this work, we experimentally investigate the dynamics of a trapped ion where the Rabi frequency (Omega) approaches the vibrational mode frequency (nu), pushing the system beyond the weak-field regime, where non-trivial quantum correlations emerge. We begin by setting the detuning (delta) - the frequency offset between the qubit transition and the driving field - to zero and varying Omega from low to high values, eventually reaching the vibrational frequency. Using quantum state tomography, we reconstruct the density matrix and track its evolution to assess non-Markovianity, revealing significant memory effects governed by the interplay between internal and motional degrees of freedom. Furthermore, by exploring the dynamics across various parameter pairs (Omega, delta), we find that non-Markovianity does not always increase monotonically with Omega for a fixed delta. Strikingly, when the condition delta squared plus Omega squared equals nu squared is met, the non-Markovianity exhibits a circular pattern of maxima. At this parameter combination, the system's Hamiltonian takes a form similar to the Jaynes-Cummings model, enabling the possibility of analytical insights into the observed dynamics. These results go beyond the conventional carrier and sideband regimes, uncovering novel features of strong-field quantum dynamics. Our findings establish a pathway for using trapped-ion platforms to investigate non-Markovianity, coherent control, and the fundamental behavior of open quantum systems in extreme regimes.
• Abstract（参考訳）: 強磁場状態における量子力学の探索は、制御された量子系の理解を深め、堅牢な量子技術を開発するために重要である。 本研究では,Rabi周波数 (Omega) が振動モード周波数 (nu) に近づき,非自明な量子相関が出現する弱場状態を超えてシステムを推し進めるトラップイオンのダイナミクスを実験的に検討する。 まず、変形(デルタ) - 量子ビット遷移と駆動磁場の間の周波数オフセット - を0に設定し、Omegaを低値から高値に変化させ、最終的に振動周波数に到達させることから始める。 量子状態トモグラフィーを用いて、密度行列を再構成し、その進化を追跡して非マルコビアン性を評価し、内部自由度と運動自由度の間の相互作用によって支配される重要な記憶効果を明らかにする。 さらに、様々なパラメータ対 (Omega, delta) にまたがる力学を探索することにより、非マルコビアン性は、固定されたデルタに対してオメガと単調に増大するとは限らないことが分かる。 興味深いことに、デルタ二乗とオメガ二乗が nu二乗と等しい条件が満たされると、非マルコビアン性は極大の円パターンを示す。 このパラメータの組み合わせにおいて、系のハミルトニアンはJaynes-Cummingsモデルに類似した形式をとり、観察された力学に関する解析的な洞察を可能にする。 これらの結果は従来のキャリアやサイドバンドのレギュレーションを超え、強磁場量子力学の新たな特徴を明らかにする。 本研究は,非マルコフ性,コヒーレント制御,および極端状態における開量子系の基本的な挙動を解明するために,トラップイオンプラットフォームを用いた経路を確立した。

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