利用杂质对冷玻色气体中的声子激发进行无损选择性探测

我们引入了一种探测器，能够选择性地探测冷玻色气体的声子激发。该探测器由一个被双阱势束缚的单杂质原子构成，其中杂质的两个最低本征态形成一个有效的探测量子比特，该量子比特通过与玻色子的密度-密度相互作用耦合到声子。该系统类似于一个与辐射场光子耦合的二能级原子。我们证明，通过追踪量子比特布居数的演化，可以探测目标声子模式中的热激发和相干激发。通过调节杂质的势能，可以在能量和动量上选择目标模式。我们展示了如何利用该探测器观测相干密度波，并测量低至纳开尔文量级的玻色气体温度。我们分析了如何在实验中实现这一方案，包括利用多个杂质组成的阵列从单次实验运行中获得更高精度的可能性。