論文の概要: Precise quantum control of unidirectional field-free molecular orientation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21012v1
- Date: Wed, 24 Dec 2025 07:16:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.713725
- Title: Precise quantum control of unidirectional field-free molecular orientation
- Title（参考訳）: 一方向磁場自由分子配向の精密量子制御
- Authors: Qian-Qian Hong, Zhe-Jun Zhang, Chuan-Cun Shu, Jun He, Daoyi Dong, Dajun Ding,
- Abstract要約: 我々は、対称トップ分子の2つの特定の回転状態を選択的に操作することで、一方向のフィールドフリー配向を実現する理論的枠組みを開発する。
所望の2状態配向を達成するために,単一制御パルスを用いた量子制御戦略を提案する。
その結果, 分子配向の長期化における初期状態選択と量子コヒーレンスの重要性が明らかになった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.040428056367949
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The capability to control molecular rotation for field-free orientation, which arranges molecules in specific spatial directions without external fields, is crucial in physics, chemistry, and quantum information science. However, conventional methods typically lead to transient orientations characterized by periodic directional reversals and necessitate the generation of coherent superpositions across a broad spectrum of rotational states of ultracold molecules. In this work, we develop a theoretical framework for achieving unidirectional field-free orientation by selectively manipulating two specific rotational states of symmetric top molecules. By leveraging the interplay between coherent superpositions and the precise selection of initial states, we demonstrate that both the maximum achievable orientation and its direction can be effectively controlled. To attain the desired two-state orientation, we present a quantum control strategy that utilizes a single control pulse, significantly simplifying the complexities of conventional multistate or multipulse schemes. Numerical simulations validate the effectiveness and feasibility of this approach for methyl iodide (CH$_3$I) molecules, even when accounting for molecular centrifugal distortion.The results highlight the critical roles of initial-state selection and quantum coherence in achieving long-lasting, high unidirectional molecular orientation, opening new directions in stereochemistry, precision spectroscopy, and quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 外部磁場のない特定の空間方向に分子を配置する、磁場のない配向のための分子の回転を制御する能力は、物理学、化学、量子情報科学において不可欠である。
しかし、従来の手法は典型的には周期的な方向逆転を特徴とする過渡配向を導き、超低温分子の回転状態の広いスペクトルにわたってコヒーレントな重ね合わせを生成する必要がある。
本研究では、対称トップ分子の2つの特定の回転状態を選択的に操作することにより、一方向のフィールドフリー配向を実現する理論的枠組みを開発する。
コヒーレント重ね合わせと初期状態の正確な選択の相互作用を利用して、最大到達方向と方向の両方を効果的に制御できることを実証する。
所望の2状態配向を実現するために、単一制御パルスを利用する量子制御戦略を提案し、従来のマルチ状態またはマルチパルススキームの複雑さを著しく単純化する。
数値シミュレーションにより, 分子遠心歪を考慮した場合においても, メチルヨウ化物 (CH$_3$I) 分子に対するこのアプローチの有効性と妥当性が検証された。この結果は, 長期化, 高一方向性分子配向, 立体化学, 精密分光法, 量子コンピューティングにおける初期状態選択と量子コヒーレンスの重要性を浮き彫りにした。
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