Penning trap 中基于孔内光力学的可现场调谐自旋-自旋相互作用

量子模拟的实验实现必须在受控的量子系统与通过与外部控制场相互作用引入的退相干之间进行平衡。原子系统中协同相互作用强度与通过激发发射引起的退相干比率通常由硬件约束决定,限制了探索不同运行 regime 所需的灵活性。本文我们提出了一个用于在Penning trap 中对二维离子晶体的自旋运动和自旋-自旋相互作用强度进行现场调谐的光力学系统。该系统将主动光学位置器引入到超导磁体 bore 内受限空间中,允许对固定光功率下决定协同与非协同光-物质相互作用强度比率的关键硬件参数进行调节。通过使用精密闭环压电致动位置器,该系统允许对照射到离子晶体的激光束入射角进行现场调谐,可达到$\theta_{\text{ODF}}\approx 28^\circ$。我们通过测量在通过电磁感知透明性冷却至动 Doppler 限制以下的离子晶体施加光偶极力下的平均场自旋预cession来表征该系统。这些实验显示在$\theta_{\text{ODF}}$变化下,协同与非协同相互作用强度比率约为$\times2$,与理论预测一致。我们在6000秒内表征了系统稳定性;通过将光力学装置刚性固定在离子阱结构上,可将差异光束运动降低到约$2\times 10^{-3}$度/小时，从而支持长期实验。这些技术发展将在未来的量子模拟和传感应用中发挥关键作用。