在所有量子系统中,囚禁离子量子比特已证明具有最高保真度的量子操作 1–4 。因此,如果能够应对集成和扩展相关技术的挑战,它们将成为可扩展量子信息平台的有希望的候选者。这些挑战中最主要的是这种激光器的集成,这不仅是冷却离子所必需的,而且通常也是操纵量子比特所必需的。目前,正在研究两种主要方法来解决这个问题。首先,如果硅光子学中展示的能力可以扩展到与原子离子量子比特所需的可见光和紫外波长兼容的材料,那么集成光子学可以提供一种可扩展的方式来传输必要的激光器 5,6 。其次,人们正在探索几种无激光操控原子离子量子比特的方案,这些方案涉及微波场与强静态磁场梯度 8-10、微波磁场梯度 11-13、微波修饰态 14 或运动模式频率附近振荡的磁场梯度 15,16 的配对。集成光学和微波控制都需要离子阱制造技术的进步才能真正实现可扩展性。
摘要 - 在本文中,通过有限元方法(FEM)研究了等离子bragg光栅过滤器的微型设计。过滤器基于沉积在石英基板上的等离激元金属 - 金属波导。为近红外波长范围设计的波纹布拉格光栅均在波导的两侧结构。通过改变过滤器设计的几何参数来研究过滤器的光谱特性。结果,在λbragg= 976 nm处获得的最大ER和带宽为36.2 dB和173 nm,滤光片占地面积分别为1.0×8.75 µm 2。可以通过分别增加光栅周期和光栅的强度来进一步改善ER和带宽。此外,Bragg光栅结构非常容易接受介质的折射率。这些特征允许使用材料,例如金属 - 绝缘体 - 金属波导中的聚合物,可以进行外部调整,也可以用于折射率传感应用。所提出的Bragg光栅结构的灵敏度可以提供950 nm/riU的灵敏度。我们认为,本文提出的研究提供了一个指南,以实现可用于过滤器和折光索引传感应用中的小脚印等离子布拉格光栅结构。
所有物质的结构和性质都由基本相互作用和对称性决定。对于可见物质的小组成部分——原子来说尤其如此。因此,原子光谱的研究是提高我们对自然理解的重要工具。高电荷离子构成了所有原子系统的大多数,因为每个单独的元素都具有与电子一样多的电荷状态,并且它们在宇宙中无处不在。因此,它们的系统研究不仅是原子物理学的一个组成部分,而且对天体物理学、核物理学和聚变研究等许多其他领域也具有重要意义。最近,高带电离子中的光学跃迁已被提出用于粒子物理标准模型之外的未知物理的敏感测试和新型光学原子钟。然而,由于实验方法不充分,相对光谱精度仅略优于 10 −6,迄今为止阻碍了此类项目的实施。在这项工作中,我们首次展示了高电荷离子的相干激光光谱。与以前使用的光谱方法相比,精度可以提高约 8 个数量级。以高电荷40 Ar 13 +离子中的光学2 P 1 / 2 – 2 P 3 / 2精细结构跃迁为例进行了研究。将该物种的单个离子从热等离子体中分离出来,并将其与激光冷却的单电荷 9 Be + 离子一起作为双离子晶体存储在低温保罗阱的谐波势中。然后,这个耦合的量子力学系统被冷却到运动基态——这是高电荷离子所达到的最冷状态。利用量子逻辑,可以制备40 Ar 13 +离子的电子态,经过光谱分析后,转移到9 Be +逻辑离子并进行检测。此外,还测量了激发态的寿命和 g 因子——后者具有前所未有的精度,这使得解决狭义相对论、电子相互作用和量子电动力学的效应成为可能,并澄清了不同理论预测之间的差异。所展示的概念普遍适用于高电荷离子。因此,这项工作开辟了高带电离子用于各种基础物理测试的潜力,用于探索未知物理(例如第五种力、基本常数的变化和暗物质)以及用于未来的光学原子钟。
我们提出了一种实现拓扑离散时间量子行走的方案,该方案由单个捕获离子执行一系列自旋相关的翻转位移操作和量子硬币抛掷操作组成。结果表明,当行走发生在相干态空间中时,可以通过测量平均投影声子数来提取体拓扑不变量的信息。有趣的是,我们的离散时间量子行走所具有的特殊手性对称性简化了测量过程。此外,我们通过引入动态无序和退相干证明了此类体拓扑不变量的稳健性。我们的工作提供了一种测量离散时间量子行走中体拓扑特征的简单方法,可以在单个捕获离子系统中通过实验实现。
量子逻辑光谱 (QLS) 可用于缺乏合适电子能级结构来直接执行这些任务的原子和分子离子种类的内部状态制备和读出[1 – 4] 。原则上,通过使用“逻辑离子”(LI) 及其与共捕获的“光谱离子”(SI) 的运动耦合,QLS 可以控制任何离子种类。如参考文献 [1] 中所述,传统 QLS 协议有两个主要局限性。首先,它要求将离子冷却到接近运动基态。其次,它的读出效率与 SI 的数量不成比例,这可能会阻碍实现将量子逻辑原子钟扩展到多个离子所带来的更高的稳定性 [5] 。已经开发出使用重复量子非破坏 (QND) 测量来减轻这些影响的方法 [6 – 8] 。然而,由于电子结构不合适,应用它们可能不可行,重复测量会降低光谱探针的占空比。这里,我们演示了文献 [9] 中基于几何相位门提出的 QLS 方法
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摘要:二维 (2D) 卤化物钙钛矿表现出独特的发射特性,使其成为下一代发光器件的潜在候选者。在这里,我们结合非绝热分子动力学和时域密度泛函理论来研究载流子复合过程的基本机制。考虑具有不同有机间隔分子、正丁基铵 (BA) 和苯乙铵 (PEA) 阳离子的单层溴化物钙钛矿,我们发现这些材料中温度引起的结构波动与非辐射载流子复合率之间存在很强的相关性。与 (PEA) 2 PbBr 4 相比,(BA) 2 PbBr 4 的几何形状更灵活,导致电子 - 空穴复合更快,载流子寿命更短,从而降低了较软 2D 钙钛矿的光致发光量子产率。相对刚性 (PEA) 2 PbBr 4 中结构波动的减少不仅表明载流子寿命更长,而且表明发射线宽度更窄,这意味着发射光的纯度更高。我们对 2D 钙钛矿中激发态特性的从头算建模传达了材料设计策略,以微调固态照明应用的钙钛矿发射。
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我们通过实验研究了平面二维阵列鼓面模式的电磁感应透明冷却,其中 Penning 阱中存储了多达 N ≈ 190 Be + 离子。对于所有 N 个鼓面模式都观察到了显著的亚多普勒冷却。对质心模式的定量测量表明接近基态冷却,运动量子数为 ¯ n ¼ 0 。3 � 0 。2 在 200 μ s 内获得。 测得的冷却速度比单粒子理论预测的要快,与量子多体计算一致。对于较低频率的鼓面模式,定量温度测量受到频率不稳定性的限制,但强烈建议全带宽接近基态冷却。这项进展将极大地提高大型捕获离子晶体在量子信息和计量应用中的性能。
表1:乙酸盐的原子部分电荷。缩写:羧酸酯基的OM-氧原子; C COO-羧酸酯基的碳原子; UA-联合原子; C CH 3-甲基的碳原子