論文の概要: Rapid multi-mode trapped-ion laser cooling in a phase-stable standing wave

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.10900v1
• Date: Thu, 11 Dec 2025 18:28:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-12 16:15:42.525619
• Title: Rapid multi-mode trapped-ion laser cooling in a phase-stable standing wave
• Title（参考訳）: 位相安定定常波における高速マルチモードトラップイオンレーザー冷却
• Authors: Zhenzhong Xing, Hamim Mahmud Rivy, Vighnesh Natarajan, Aditya Milind Kolhatkar, Gillenhaal Beck, Karan K. Mehta,
• Abstract要約: スケーリングに対する関心の総合的な光制御は、コヒーレントかつ非コヒーレントな操作の性能を高めることができる。 我々は、カルシウムイオン制御に必要な赤外波長への紫外線の多チャンネル集積伝送を利用する。 従来のドップラー限界以下でのドップラー冷却を実現し,長期間の予測を実験的に検証した。
• 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: Laser cooling is fundamental to precise control and interrogation of atomic quantum systems. In the context of quantum computing and metrology with trapped ions, the integrated optical control of interest for scaling may additionally enable increased performance of coherent and incoherent operations. Here we utilize multi-channel integrated delivery of ultraviolet to infrared wavelengths required for calcium ion control including in passively phase-stable ultraviolet standing waves to demonstrate rapid, broadband laser cooling. We experimentally verify a long-standing prediction, realizing Doppler cooling to below the conventional Doppler limit at a standing-wave (SW) node. Utilizing electromagnetically induced transparency (EIT), we experimentally cool motional modes spanning an approximately 5 MHz bandwidth from the Doppler temperature to near the ground state within 150 $μ$s, reaching $\bar n \approx 0.05$ phonon number occupancies for the target mode. Direct evaluation against the comparable running-wave (RW) scheme shows the SW implementation's simultaneous advantage in cooling rate, motional mode bandwidth, and final phonon number as previously theoretically predicted. Our results demonstrate structured light's capability for robust ground-state laser cooling, and a clear advantage in a fundamental functionality enabled by scalable approaches to optical control.
• Abstract（参考訳）: レーザー冷却は原子量子系の精密な制御と取り調べの基礎である。 量子コンピューティングとイオンを閉じ込めたメトロジーの文脈では、スケーリングに対する関心の集積的な光制御により、コヒーレントおよび非コヒーレントな演算の性能が向上する可能性がある。 ここでは、受動的位相安定紫外定在波を含むカルシウムイオン制御に必要な赤外波長への紫外線の多チャンネル集積供給を利用して、高速でブロードバンドレーザー冷却を実証する。 定常波(SW)ノードにおける従来のドップラー限界以下でのドップラー冷却を実現し,長期間の予測を実験的に検証した。 電磁誘導透過 (EIT) を用いて, ドップラー温度から地上状態付近まで約5MHzの動作モードを150$μ$s以内で冷却し, 目標モードのフォノン数占有率を$\bar n \approx 0.05$に設定した。 比較したランニングウェーブ(RW)方式に対する直接評価は、SW実装が以前に理論的に予測されたように、冷却速度、モーションモード帯域、ファイナルフォノン数において同時に有利であることを示している。 本研究は, 地中レーザー冷却における構造光の有効性を示し, 光学制御へのスケーラブルなアプローチによって実現された基本的機能において, 明らかな優位性を示した。

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