两组团队使用导线对远程离子进行耦合

江苏激光联盟导读：

据悉，两组独立工作的研究人员成功地利用导线将远程定位的离子耦合起来。

单个粒子可以通过它们产生的镜像电荷感知彼此——在这个实验中，是通过一根金属线。在第一个实验中，加州大学伯克利分校的一个研究小组在一个小范围内将两个离子连接起来，通过冷却另一个离子来减缓其中一个离子的冷却速度。在第二项研究中，一个国际研究团队通过冷却第一个离子并在导线上应用谐振器成功地冷却了第二个离子。第一组在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表了他们的研究结果;第二组在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。

双表面电极阱由两个阱位组成，每个阱位由四个驱动的射频电极(青色)和八个独立控制的直流电极(蓝色)组成。这两个位置用一根电浮丝(红色)连接，这是设计来最大化离子线耦合的。离子之间的距离为620μm，每个离子的垂直运动会在导线中产生像电流，反之亦然。

从量子研究到精确计量，冷却被困带电粒子已经成为现代物理学的重要组成部分。最近，物理学家已经开始进行涉及感应冷却的实验，这通常涉及粒子之间非常近距离的库仑相互作用。虽然这样的实验已经被证明是卓有成效的，但物理学家希望能够对距离更远的粒子进行类似的实验。在这两项新的努力中，两个团队都证明了导线可以用来实现这一目标，使用的方法在某些方面类似于由儿童制作的老式锡罐电话。这两种设计都围绕着这样一个事实:当离子被放置时，由于它们与环境的相互作用，它们往往会变暖。

离子1的平均运动占用( n1,z)用代表一个标准差的误差条绘制。

第一组的工作涉及捕捉两个相距0.6毫米的钙离子。这两个陷阱是由蚀刻电极在一个平面晶圆上制成的。然后，研究人员在两者之间连接了一根细小的导线，使其中一个冷却，同时测量另一个的热量。他们发现，冷却第一种离子可以减缓第二种离子升温的速度。第一个交感冷却是通过导线进行的。

离子1存在时，离子2垂直模态的升温速率( n2,z)光谱。

第二个小组的工作与第一个小组相似。他们用激光冷却间隔9厘米的一对铍离子中的一个，然后测量第二个的变化。但他们还增加了一个谐振器，以增加感应冷却距离和强度。结果是第二个离子冷却。

来源：Coupling Two Laser-Cooled Ions via a Room-Temperature Conductor,Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.063201，Sympatheticcooling of a trapped proton mediated by an LC circuit, Nature (2021). DOI:10.1038/s41586-021-03784-w

江苏激光联盟陈长军原创作品！