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Quantum-nondemolition state detection and spectroscopy of single trapped molecules
Science ( IF 56.9 ) Pub Date : 2020-03-12 , DOI: 10.1126/science.aaz9837
Mudit Sinhal 1 , Ziv Meir 1 , Kaveh Najafian 1 , Gregor Hegi 1 , Stefan Willitsch 1
Affiliation  

Reading a molecule without destroying it Achieving efficient quantum control of ultracold molecular systems may open opportunities in molecular precision spectroscopy, quantum information, and related fields. Sinhal et al. report a quantumnondemolition protocol for the detection of the spin-rovibronic state of a single trapped cold molecular ion co-trapped with an atomic ion. They show that monitoring the motion of Ca+ after coherent motional excitation of the Ca+-N2+ string makes it possible to detect the N2+ state without destroying either the molecule or the state itself. The procedure can be repeated multiple times while preserving the high readout fidelity. Science, this issue p. 1213 The excited motion of ultracold Ca+ acts as a nondestructive probe for the molecular quantum state of the co-trapped N2+. Trapped atoms and ions, which are among the best-controlled quantum systems, find widespread applications in quantum science. For molecules, a similar degree of control is currently lacking owing to their complex energy-level structure. Quantum-logic protocols in which atomic ions serve as probes for molecular ions are a promising route for achieving this level of control, especially for homonuclear species that decouple from blackbody radiation. Here, a quantum-nondemolition protocol on single trapped N2+ molecules is demonstrated. The spin-rovibronic state of the molecule is detected with >99% fidelity, and a spectroscopic transition is measured without destroying the quantum state. This method lays the foundations for new approaches to molecular spectroscopy, state-to-state chemistry, and the implementation of molecular qubits.

中文翻译:

单个俘获分子的量子非爆破状态检测和光谱学

在不破坏分子的情况下读取分子实现对超冷分子系统的高效量子控制可能会为分子精密光谱学、量子信息和相关领域带来机会。辛哈尔等人。报告了一种用于检测与原子离子共同俘获的单个俘获冷分子离子的自旋电子状态的量子非破坏协议。他们表明,在 Ca+-N2+ 弦的相干运动激发后监测 Ca+ 的运动可以在不破坏分子或状态本身的情况下检测 N2+ 状态。该过程可以重复多次,同时保持高读数保真度。科学,这个问题 p。1213 超冷 Ca+ 的激发运动充当了共同捕获的 N2+ 的分子量子态的无损探针。被困原子和离子,它们是最佳控制的量子系统之一,在量子科学中得到了广泛的应用。对于分子,由于其复杂的能级结构,目前缺乏类似程度的控制。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的有希望的途径,特别是对于与黑体辐射解耦的同核物质。在这里,演示了对单个捕获的 N2+ 分子的量子非破坏协议。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。在量子科学中找到广泛的应用。对于分子,由于其复杂的能级结构,目前缺乏类似程度的控制。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的有希望的途径,特别是对于与黑体辐射解耦的同核物质。在这里,演示了对单个捕获的 N2+ 分子的量子非破坏协议。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。在量子科学中找到广泛的应用。对于分子,由于其复杂的能级结构,目前缺乏类似程度的控制。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的有希望的途径,特别是对于与黑体辐射解耦的同核物质。在这里,演示了对单个捕获的 N2+ 分子的量子非破坏协议。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。由于其复杂的能级结构,目前缺乏类似程度的控制。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的有希望的途径,特别是对于与黑体辐射解耦的同核物质。在这里,演示了对单个捕获的 N2+ 分子的量子非破坏协议。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。由于其复杂的能级结构,目前缺乏类似程度的控制。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的有希望的途径,特别是对于与黑体辐射解耦的同核物质。在这里,演示了对单个捕获的 N2+ 分子的量子非破坏协议。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的有希望的途径,特别是对于与黑体辐射解耦的同核物质。在这里,演示了对单个捕获的 N2+ 分子的量子非破坏协议。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。原子离子作为分子离子探针的量子逻辑协议是实现这种控制水平的有希望的途径,特别是对于与黑体辐射解耦的同核物质。在这里,演示了对单个捕获的 N2+ 分子的量子非破坏协议。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。分子的自旋电子状态以 > 99% 的保真度被检测到,并且在不破坏量子态的情况下测量光谱跃迁。这种方法为分子光谱学、状态间化学和分子量子位的实现的新方法奠定了基础。
更新日期:2020-03-12
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