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  Algorithmic Ground-state Cooling of Weakly-Coupled Oscillators using Quantum Logic

King, S. A., Spieß, L. J., Micke, P., Wilzewski, A., Leopold, T., Crespo López-Urrutia, J. R., & Schmidt, P. O. (2021). Algorithmic Ground-state Cooling of Weakly-Coupled Oscillators using Quantum Logic. Physical Review X, 11(4):. doi:10.1103/PhysRevX.11.041049.

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基本情報

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アイテムのパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0009-9FC2-9 版のパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0009-9FF4-1
資料種別: 学術論文

ファイル

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:
2102.12427.pdf (プレプリント), 4MB
ファイルのパーマリンク:
https://hdl.handle.net/21.11116/0000-0009-9FC4-7
ファイル名:
2102.12427.pdf
説明:
File downloaded from arXiv at 2021-12-14 12:46
OA-Status:
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MIMEタイプ / チェックサム:
application/pdf / [MD5]
技術的なメタデータ:
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-
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作成者

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 作成者:
King, Steven A., 著者
Spieß, Lukas J., 著者
Micke, Peter1, 著者           
Wilzewski, Alexander, 著者
Leopold, Tobias, 著者
Crespo López-Urrutia, José Ramón1, 著者           
Schmidt, Piet O., 著者
所属:
1Division Prof. Dr. Thomas Pfeifer, MPI for Nuclear Physics, Max Planck Society, ou_2025284              

内容説明

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キーワード: Physics, Atomic Physics, physics.atom-ph,Quantum Physics, quant-ph
 要旨: Most ions lack the fast, cycling transitions that are necessary for direct
laser cooling. In most cases, they can still be cooled sympathetically through
their Coulomb interaction with a second, coolable ion species confined in the
same potential. If the charge-to-mass ratios of the two ion types are too
mismatched, the cooling of certain motional degrees of freedom becomes
difficult. This limits both the achievable fidelity of quantum gates and the
spectroscopic accuracy. Here we introduce a novel algorithmic cooling protocol
for transferring phonons from poorly- to efficiently-cooled modes. We
demonstrate it experimentally by simultaneously bringing two motional modes of
a Be$^{+}$-Ar$^{13+}$ mixed Coulomb crystal close to their zero-point energies,
despite the weak coupling between the ions. We reach the lowest temperature
reported for a highly charged ion, with a residual temperature of only
$T\lesssim200~\mathrm{\mu K}$ in each of the two modes, corresponding to a
residual mean motional phonon number of $\langle n \rangle \lesssim 0.4$.
Combined with the lowest observed electric field noise in a radiofrequency ion
trap, these values enable an optical clock based on a highly charged ion with
fractional systematic uncertainty below the $10^{-18}$ level. Our scheme is
also applicable to (anti-)protons, molecular ions, macroscopic charged
particles, and other highly charged ion species, enabling reliable preparation
of their motional quantum ground states in traps.

資料詳細

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言語:
 日付: 2021-12-10
 出版の状態: オンラインで出版済み
 ページ: 8 pages, 5 figures.
 出版情報: -
 目次: -
 査読: 査読あり
 識別子(DOI, ISBNなど): arXiv: 2102.12427
DOI: 10.1103/PhysRevX.11.041049
 学位: -

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出版物 1

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出版物名: Physical Review X
  省略形 : Phys. Rev. X
種別: 学術雑誌
 著者・編者:
所属:
出版社, 出版地: New York, NY : American Physical Society
ページ: - 巻号: 11 (4) 通巻号: 041049 開始・終了ページ: - 識別子(ISBN, ISSN, DOIなど): その他: 2160-3308
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/2160-3308