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原子和小分子中的强场诱导量子动力学
摘要 高强度激光场可以电离原子和分子，也可以引发分子解离。本文综述了利用冷靶反冲离子动量谱和定制强场飞秒激光脉冲的潜力所取得的实验最新进展。说明了通过检测离子动量来对分子结构和小分子取向进行成像的可能性。详细分析了非绝热隧道电离过程，重点关注隧道出口处电子波包的性质。本文综述了电子在圆偏振光隧穿过程中如何获得角动量和能量。电子是一个具有振幅和相位的量子物体。大多数强场电离实验都集中在电子波函数的绝对平方上。电子全息角条纹技术使得能够检索强场电离中的维格纳时间延迟，这是电子波函数在动量空间中的相位的属性。动量空间中的相位与位置空间中的振幅之间的关系使我们能够获取有关电子在隧道出口处的位置的信息。最后，讨论了最近研究强场电离纠缠的实验。
脉冲场电离探测里德堡镁原子
为了实现这一目标，必须检测并选择性地处理不同的里德堡态。这是使用脉冲场电离实现的。本论文中描述的镁里德堡原子是使用双光子激发产生的。换句话说，285 nm 激光将电子从 3 s 2 1 S 0（基态）激发到 3s 3p 1 P 1 态。接下来，375 nm 将同一个电子激发到 3s ns 1 S 0 或 3s nd 1 D 2 态，这取决于选择规则。里德堡原子在磁光阱 (MOT) 中制备，通过电场脉冲电离并使用微通道板 (MCP) 检测。这使得选择性检测里德堡态成为可能。使用量子缺陷理论，将实验发现的状态分配给它们特定的状态。此外，为了实现选择性电离检测，还进行了飞行时间测量，并测量了不同状态的寿命。
具有里德伯原子的少量子比特 CNOT 门的优化模型
少量子比特量子逻辑门作为构造通用多量子比特门的基本单元，在量子计算和量子信息领域得到广泛应用。然而，传统的少量子比特门构造通常采用多脉冲协议，这不可避免地会在门执行过程中出现严重的内在错误。本文报告了一种通用二和三量子比特CNOT门的最优模型，该模型通过激发到具有易实现的范德华相互作用的里德堡态来实现。该门依赖于全局优化，通过遗传算法实现幅度和相位调制脉冲，从而可以用更少的光脉冲实现门操作。与传统的多脉冲分段方案相比，我们的门可以通过同时将原子激发到里德堡态来实现，从而节省了在不同空间位置进行多脉冲切换的时间。我们的数值模拟表明，当排除里德堡相互作用的涨落时，可以实现单脉冲两（三）量子比特CNOT门，对于相距7.10μm的两个量子比特，保真度可达99.23%（90.39%）。我们的工作有望在中性原子量子技术研究中实现快速便捷的多量子比特量子计算。
组合新量子设备的被困原子和光子学
中性原子的阵列被困在光学镊子中 - 可以将原子固定到位的高度集中的激光束 - 是构建量子处理器的越来越流行的方式。中性原子的这些网格，当以特定序列激发时，可以将复杂的量子计算缩放到数千个Qubits。但是，它们的量子状态是脆弱的，可以很容易被破坏 - 包括光子设备，旨在以光子的形式收集其数据。
量子对自旋系统和被困原子的最佳控制
量子技术正在从实验室前进到商业世界。但是，如果没有量子系统的精确控制，就无法建立从科学发现到革命技术的这一道路。量子最佳控制描述了一种技术系列，该科学家族通过系统地塑造应用于系统的控制场来改善量子操作。优化可以选择量子硬件的定制控制策略，以实现其全部潜力。在本论文中，我们将最佳控制应用于自旋系统，即钻石和戊季苯掺杂的萘的氮呈中心，以及被困的原子，特别是Rydberg Atoms和Ultracold原子冷凝物。genally，一个具有清晰目标的良好模型系统对应于通过开环优化接近定义明确的控制问题，即使用模型。但是，当未知的实验或环境因素具有很强的影响时，控制问题的复杂性就会增加。一旦任何可行的模型与现实，闭环分歧，即基于反馈，控制解决方案。从量子最佳控制方法的集合中，我们专注于穿着的切碎的随机基础算法与无梯度搜索相结合。此配对使我们能够应用带宽限制并限制优化参数的数量，从而简化了闭环应用程序。我们介绍了几种技术和修改，例如一种新的基础方法，可以使用“ RedCrab”软件包使用E FFI CIENT闭环控制。因此，我们在DI FF平台上为以下非常不同的目标进行了优化：灵敏度，超极化，数字挤压和纠缠状态准备。所有四个目标直接或间接改善感应方法。增强浅氮 - 视口中心的敏感性为改善基于钻石的扫描探针磁力计提供了机会。诸如萘晶体之类的材料的过度极化有望实现更精确的癌细胞成像。原子干涉法用于检测重力场的最小变化。我们探索的数字水平状态可以进一步提高该灵敏度。最后，较大的纠缠状态是超过经典灵敏度极限的关键。我们通过优化创建了一个破纪录的20量纠缠状态。最终，这些结果表明了量子最佳控制如何互连并增加平台量子技术的兴起。
石墨烯中的掺杂型过渡金属原子用于电子的原子尺度剪裁，
图2将Ni原子插入石墨烯晶格。a-b）HAADF-STEM图像显示了两个不同的宏伟概述的样品概述，显示了石墨烯表面形成的3-5 nm ni岛。在Ni岛之间还观察到单个Ni原子。c）石墨烯表面上的ni岛，经Ni L 23鳗鱼核心损失边缘证实。d- e）说明了梁拖动技术，其中电子束位于源材料上（d中的红色箭头的尾巴）），并拖动到原始的石墨烯（d中的红色箭头头））。此过程在ni原子附加到的石墨烯中创建点缺陷时，吐出了Ni源原子。iNSET在e）中显示了带有原子模型覆盖的主HAADF-STEM图像的傅立叶过滤版本，显示了Ni原子的位置。Ni原子位置表示单个和DI-VACACES的职业。f）几分钟的电子束暴露后，掺杂剂的较高分辨率图像。观察到的结构的原子模型被覆盖。g）-i）通过在Ni岛和原始石墨烯上扫描电子束来插入Ni原子的一个例子。最初，石墨烯的斑块没有掺杂剂；由于产生缺陷并将Ni原子从相邻的Ni岛散射到石墨烯上，Ni原子附着在缺陷位点上并掺入晶格中。随着越来越多的C原子从晶格中敲打，孔开始形成，Ni原子装饰边缘，i）。图像E-F）和H-I）使用PyCroscopicy中的原理分析过滤。60，61
2023 年技术愿景 - 当原子遇见比特
其他公司则在努力将数字世界与物理世界重新结合起来。谷歌一直在慢慢将一项名为 Live View 的新寻路功能集成到谷歌地图中。它通过地理定位器和智能手机摄像头，为用户的环境创建详细信息或方向的叠加层。13 Snap 也一直在将其 AR 技术扩展到滤镜之外，与亚马逊、彪马和拉尔夫劳伦等公司合作，将 3D 产品建模和增强现实试穿功能融入购物体验。14,15 数字与物理界限的模糊正在揭示新的商业模式：该公司正在推出一项新的“装扮”功能，用户可以直接在应用程序中发现、试穿和购买新产品。该公司报告称，仅一年时间，就有 2.5 亿人使用其 AR 购物镜头超过 50 亿次。
光镊中的碱土原子 Adam M. Kaufman
齐：[1] Xia…Saffman，PRL（2015）； [2] Madjarov…Endres，Nat.物理（2020）； [3] Levine…Lukin，PRL（2019）； [4] Graham…Saffman，PRL（2019）少数/多数观点：Kaufman…Regal，Science（2014）； Bayha…Jochim，《自然》（2020年）； Bernien…Lukin，《自然》（2017 年），Léséleuc…Browaeys，《科学》（2019 年）
混合光子电路中人造原子的大规模整合
开发量子计算机和远程量子网络的核心挑战在于在许多可控的量子位上的纠缠分布1。钻石中的颜色中心已成为领先的固态“人造原子” Qubits 2,3，实现了按需远程纠缠4，对超过10多个Ancillae Qubits的连贯控制，并具有长时间的连贯性时间5和内存增强的量子通信6。关键的下一步是将大量人造原子与光子体系结构相结合，以实现大规模量子信息处理系统。迄今为止，这些努力因量子不均匀性，低设备产量和复杂的设备要求所困扰。在这里，我们在光子积分电路（PIC）上引入了“量子微芯片”的高收益异质整合 - 含有高度相干色中心的钻石波导阵列。我们使用此过程来实现128个通道缺陷阵列的葡萄球菌和硅离面彩色中心。光致发光光谱显示出长期稳定且狭窄的平均光学线宽为54 MHz（146 MHz），用于锗胶囊（硅 - 胶囊）发射器，接近32 MHz（93 MHz）的终身限制线宽（93 MHz）。我们表明，可以通过在没有线宽降低的情况下进行超过50 GHz的整合调整，可以在原位补偿各个颜色中心光学转换的不均匀性。能够将大量几乎无法区分和可调的人造原子组装成相稳定的图片的能力标志着迈向多重量子repeaters 7,8和通用量子量子处理器9-12的关键步骤。