論文の概要: Collective enhancement in sideband cooling of ion crystals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.21374v1
• Date: Fri, 19 Jun 2026 12:28:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 13:54:43.720853
• Title: Collective enhancement in sideband cooling of ion crystals
• Title（参考訳）: イオン結晶のサイドバンド冷却における集合的増強
• Authors: Ivan Vybornyi, Artem Zhdanov, Matthias Bock, Leo Walz, Nele Griesbach, Klemens Hammerer, Christian F. Roos,
• Abstract要約: 本研究では, 理論的, 実験的に多イオンサイドバンド冷却と, スピンモーション結合系における集団効果の役割について検討した。 しかし、強い結合状態においては、スピンと運動サブシステムはコヒーレントな状態スワップを実行し、適切なタイミングでレーザーパルスによる冷却を可能にする。 コヒーレントな状態にある大きな結晶については、スピン運動ダイナミクスが初期フォノン統計とは独立していることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Low-entropy motional states of ion Coulomb crystals are an essential prerequisite for a plethora of applications and are typically prepared by laser cooling. As larger crystals are operated in the quantum regime, it remains unclear, and has recently become debated, whether increasing the ion number can be beneficial for cooling. Here, we investigate theoretically and experimentally many-ion sideband cooling and the role of collective effects in different spin-motion coupling regimes. For weak coupling, the many-body effects are insignificant. In the strong-coupling regime, however, the spin and motional subsystems undergo a coherent state swap, enabling cooling by a suitably timed laser pulse. Using planar Coulomb crystals with up to 91 ions, we demonstrate that the residual mean phonon occupation after one such pulse scales as $1/N^2$ with the number of ions. By iterating the pulses, we measure mean phonon occupations $<2\cdot10^{-4}$. For large crystals in the coherent regime, we further show that the spin-motion dynamics becomes largely independent of the initial phonon statistics. Through spin measurements, the state-swap mechanism can be utilized to probe the phonon distribution in the mode.
• Abstract（参考訳）: イオンクーロン結晶の低エントロピー運動状態は、多くの応用にとって必須の前提条件であり、通常はレーザー冷却によって準備される。 量子状態においてより大きな結晶が操作されているため、まだ不明であり、近年ではイオン数の増加が冷却に有用かどうかが議論されている。 本稿では, 理論的, 実験的に多イオンサイドバンド冷却と, スピンモーション結合系における集団効果の役割について検討する。 弱い結合の場合、多体効果は重要ではない。 しかし、強い結合状態においては、スピンと運動サブシステムはコヒーレントな状態スワップを実行し、適切なタイミングでレーザーパルスによる冷却を可能にする。 プラナー・クーロン結晶を91個のイオンで用いた結果, パルスの残余平均フォノン占有量は1/N^2$とイオン数に比例して1/N^2$となることがわかった。 パルスを反復することにより、平均フォノン占有率$<2\cdot10^{-4}$を測定する。 コヒーレントな状態にある大きな結晶については、スピン運動ダイナミクスが初期フォノン統計とは独立していることを示す。 スピン測定により、状態スワップ機構を利用してモード内のフォノン分布を探索することができる。

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