用多个被捕获的镱离子进行基础物理的可扩展测试

被捕获离子的精密激光光谱学已被证明是一种精密的工具，不仅可以构建高精度的光学时钟，还可以在量子计算中找到应用[1,2]。bob综合app官网登录此外，桌面捕获离子系统的显著控制程度使其在寻找新的物理[3]方面与大型加速器设备竞争。将这些系统从一个离子扩展到几十个离子，形成所谓的库仑晶体，需要对相隔几微米的单个分辨发射器进行快速可靠的成像。我们使用镱离子是因为它们对新物理的大灵敏度[4,5]。离子在370 nm波长附近散射，标准相机传感器的探测效率开始下降。

实验

我们将YTterbium离子陷入精密加工的射频Paul Trap [6]。离子通过来自散流烤箱的中性镱的光相消除并从Andor上成像到EMCCD摄像机IXON DU897 UCS-BB上，放大了24.后照明传感器变体BB已经证明是在其他模型上具有增强的量子效率在接近紫外线和蓝色波长方案中。在我们的实验中，我们将离子激发到亚稳态电子中F-国家，这是非常敏感的潜在洛伦兹违反。一个复杂的射频脉冲序列混合了不同的自旋态F-歧管，这样一个潜在的违规信号可以被拾取。违规信号将表现在这些州在恒星日的州人口变化中[图1]。

图1:Yb+的f流形中电子自旋态的叠加。当地球在恒星日旋转时，洛伦兹对称的潜在违反将表现在状态之间的周期性相移，转移到状态人口的转移。

序列完成后，我们将离子解除激发，使其回到电子基态，使光子散射到370纳米波长附近。为了分析去激发的成功，我们感兴趣的是在370 nm探测激光照射下单个离子是否发出荧光，称为状态探测。在后一种情况下，离子仍然处于亚稳态电子中F-状态，因此不能散射波长在370 nm附近的光，这暗示了违反局部洛伦兹不变性。因此，相机传感器的信噪比要大，以防止假阳性和假阴性信号的产生，对我们来说是非常重要的。同时，需要在几毫秒内进行快速检测，以保持测量中的检测开销较低。线性十离子晶体的典型图像如图2所示，其中八个离子处于亮态，两个离子处于亚稳态F-状态，表现为晶体中的缝隙。

图2:10个Yb+组成的线性库仑晶体的伪彩色图像，其中8个Yb+在370nm波长附近发出荧光。

参考

1. A. D. Ludlow等人，Rev. Mod. Phys 87,637 (2015)
2. I. Pogorelov et al.， PRX Quantum, 020343 (2021)
3. m.s. Safronova et al.， Rev. Mod. Phys. 90,025008 (2018)
4. R. Shaniv等人，Phys。启。， 120, 103202 (2018)
5. J. C. Berengut等人，Phys。启。， 120,091801 (2018)
6. J. Keller等人，Phys。应用科学，11,011002 (2019)

接触

Tanja博士Mehlstäubler
量子时钟和复杂系统

任务（量子计量研究所）
报道Bundesanstalt (PTB)
大道100
38116年布伦瑞克
德国

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