与囚禁离子相互作用的原子双阱系统的量子动力学

我们从理论上分析了一个中心囚禁单个离子的原子双阱系统的动力学。我们发现，阱间的原子隧穿速率既取决于离子的自旋（通过短程自旋依赖的原子 - 离子散射长度），也取决于其运动状态，隧穿速率可达数百赫兹。我们提出了一种方案，可在几毫秒内根据离子的运动（Fock）态将原子从一个阱输运到另一个阱。这种声子 - 原子耦合对于制备原子 - 离子纠缠态具有重要意义，并可能成为构建混合原子 - 离子量子模拟器的基本单元。我们还分析了离子基态冷却不完美的影响，以及当离子被囚禁在 Paul 阱中时微运动的作用。由于原子 - 离子相互作用中存在强非线性，微运动可能导致与高能原子 - 离子散射态的耦合，从而阻碍精确的态制备并使双阱动力学复杂化。我们得出结论，通过选择具有大质量比的离子/原子组合以及选择较大的阱间距离，可以减小微运动的影响。所提出的双阱系统可通过将用于原子的光阱或磁微阱与离子囚禁技术相结合而在实验中实现。