論文の概要: Observation of a Topological Berry Phase with a Single Phonon in an Ion Microtrap Array

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.08037v2
• Date: Sun, 14 Dec 2025 18:48:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-16 15:10:29.13421
• Title: Observation of a Topological Berry Phase with a Single Phonon in an Ion Microtrap Array
• Title（参考訳）: イオンマイクロトラップアレイにおける単一フォノンを用いたトポロジカルベリー相の観測
• Authors: Justin F. Niedermeyer, Nathan K. Lysne, Katherine C. McCormick, Jonas Keller, Craig W. Hogle, Matthew G. Blain, Edwin J. Heller, Roman Schmied, Robert Jördens, Susanna L. Todaro, David J. Wineland, Andrew C. Wilson, Daniel H. Slichter, Dietrich Leibfried,
• Abstract要約: 閉じ込められた原子イオンの制御された量子力学的運動は、集合量子現象をシミュレートし、探索するために用いられる。 単一の運動量子(フォノン)が2つまたは3つのイオン間でコヒーレントに共有できることが示される。 この結果から,2次元配列におけるイオン運動の個々の量子制御が,量子多体効果に一意にアクセスできることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Controlled quantum mechanical motion of trapped atomic ions can be used to simulate and explore collective quantum phenomena and to process quantum information. Groups of cold atomic ions in an externally applied trapping potential self-organize into "Coulomb crystals" due to their mutual electrostatic repulsion. The motion of the ions in these crystals is strongly coupled, and the eigenmodes of motion all involve multiple ions. While this enables studies of many-body physics, it limits the flexibility and tunability of the system as a quantum platform. Here, we demonstrate an array of trapped ions in individual trapping sites whose motional modes can be controllably coupled and decoupled by tuning the local applied confining potential for each ion. We show that a single motional quantum, or phonon, can be coherently shared among two or three ions confined at the vertices of an equilateral triangle 30 $μ$m on a side. We can adiabatically tune the ion participation in the motional modes around a closed contour in configuration space, observing that the single-phonon wavefunction acquires a topological Berry phase if the contour encircles a conical intersection of motional eigenvalue surfaces. We observe this phase by single-phonon interference and study its breakdown as the motional mode tuning becomes non-adiabiatic. Our results show that precise, individual quantum control of ion motion in a two-dimensional array can provide unique access to quantum multi-body effects.
• Abstract（参考訳）: 閉じ込められた原子イオンの制御された量子力学的運動は、集合量子現象をシミュレートし、探索し、量子情報を処理するために用いられる。 外部に応用されたトラップ電位における低温原子イオンの群は、相互の静電気的反発により「クーロン結晶」に自己組織化される。 これらの結晶中のイオンの運動は強く結合しており、運動の固有モードは全て複数のイオンを含む。 これは多体物理学の研究を可能にするが、量子プラットフォームとしてのシステムの柔軟性とチューニング性を制限する。 そこで本研究では,各イオンに対して局所的に印加された集束電位を調整することにより,運動モードを制御的に結合し,分離することのできるトラップ部位において,捕捉されたイオンの配列を実証する。 1つの運動量子、またはフォノンは、一辺の等辺三角形30$μ$mの頂点に閉じ込められた2つまたは3つのイオン間でコヒーレントに共有できることを示す。 単一フォノン波動関数が運動固有面の円錐交叉を囲む場合、トポロジカルベリー位相を取得することを観察することにより、構成空間における閉輪郭周辺の運動モードのイオン参加を理論的に調整することができる。 我々はこの位相を単一フォノン干渉で観測し、運動モードチューニングが非診断的になるにつれてその分解を研究する。 この結果から,2次元配列におけるイオン運動の個々の量子制御が,量子多体効果に一意にアクセスできることが示唆された。

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