論文の概要: Many-Body Effects in Dark-State Laser Cooling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.09180v1
• Date: Wed, 14 Jan 2026 05:31:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-15 18:59:20.284284
• Title: Many-Body Effects in Dark-State Laser Cooling
• Title（参考訳）: 暗黒状態レーザー冷却における多体効果
• Authors: Muhammad Miskeen Khan, David Wellnitz, Bhuvanesh Sundar, Haoqing Zhang, Allison Carter, John J. Bollinger, Athreya Shankar, Ana Maria Rey,
• Abstract要約: 2光子ダークステートレーザー冷却(英: two-photon dark-state laser cooling)は、捕獲されたイオンを運動量子基底状態に近づけるためのワークホースである。 ラマンレーザーによって駆動される$$$レベルの構造を持つイオンに対して、弱い結合と強い結合の間のイオン数依存の交差を同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We develop a unified many-body theory of two-photon dark-state laser cooling, the workhorse for preparing trapped ions close to their motional quantum ground state. For ions with a $Λ$ level structure, driven by Raman lasers, we identify an ion-number-dependent crossover between weak and strong coupling where both the cooling rate and final temperature are simultaneously optimized. We obtain simple analytic results in both extremes: In the weak coupling limit, we show a Lorentzian spin-absorption spectrum determines the cooling rate and final occupation of the motional state, which are both independent of the number of ions. We also highlight the benefit of including an additional spin dependent force in this case. In the strong coupling regime, our theory reveals the role of collective dynamics arising from phonon exchange between dark and bright states, allowing us to explain the enhancement of the cooling rate with increasing ion number. Our analytic results agree closely with exact numerical simulations and provide experimentally accessible guidelines for optimizing cooling in large ion crystals, a key step toward scalable, high-fidelity trapped-ion quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 我々は、2光子ダークステートレーザー冷却の統一多体理論を開発し、その運動量子基底状態に近づいたイオンを捕捉するためのワークホースを開発した。 ラマンレーザーによって駆動される$$$のレベル構造を持つイオンに対して、冷却速度と最終温度の両方を同時に最適化する弱い結合と強い結合の間のイオン数依存の交差を同定する。 弱い結合限界では、ローレンツのスピン吸収スペクトルが、イオンの数に依存しない運動状態の冷却速度と最終占有を決定することを示す。 この場合、スピン依存力を追加するメリットも強調する。 強い結合状態においては、暗黒状態と明るい状態の間のフォノン交換に起因する集団動力学の役割を明らかにし、イオン数の増加に伴う冷却速度の増大を説明することができる。 解析結果は正確な数値シミュレーションと密接に一致し,大規模イオン結晶の冷却を最適化するための実験的に利用可能なガイドラインを提供する。

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