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囚禁离子系统中多模运动量子态的测定

Determination of Multimode Motional Quantum States in a Trapped Ion System.

作者信息

Jia Zhubing, Wang Ye, Zhang Bichen, Whitlow Jacob, Fang Chao, Kim Jungsang, Brown Kenneth R

机构信息

Duke Quantum Center, Duke University, Durham, North Carolina 27701, USA.

Department of Physics, Duke University, Durham, North Carolina 27708, USA.

出版信息

Phys Rev Lett. 2022 Sep 2;129(10):103602. doi: 10.1103/PhysRevLett.129.103602.

DOI:10.1103/PhysRevLett.129.103602
PMID:36112437
Abstract

Trapped atomic ions are a versatile platform for studying interactions between spins and bosons by coupling the internal states of the ions to their motion. Measurement of complex motional states with multiple modes is challenging, because all motional state populations can only be measured indirectly through the spin state of ions. Here we present a general method to determine the Fock state distributions and to reconstruct the density matrix of an arbitrary multimode motional state. We experimentally verify the method using different entangled states of multiple radial modes in a five-ion chain. This method can be extended to any system with Jaynes-Cummings-type interactions.

摘要

被俘获的原子离子是一个通用平台,可通过将离子的内部状态与其运动相耦合来研究自旋与玻色子之间的相互作用。对具有多个模式的复杂运动状态进行测量具有挑战性,因为所有运动状态的布居数只能通过离子的自旋状态间接测量。在此,我们提出一种通用方法来确定福克态分布并重构任意多模运动状态的密度矩阵。我们在一个五离子链中使用多个径向模式的不同纠缠态对该方法进行了实验验证。此方法可扩展到任何具有Jaynes-Cummings型相互作用的系统。

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