Cтраница 2
С ростом диаметра вдоль кристалла наблюдаются резкие переходы, связанные с появлением новых оболочек, в полном согласии с результатами выполненного там же моделирования методом молекулярной динамики. В [37] были также исследованы структурные изменения в сильнонеидеаль-ной однозарядной плазме с ростом температуры, или уменьшением 7 - С уменьшением 7 оболочеч-ная структура облака становилась все менее отчетливой и при наименьшем 7 4, практически полностью исчезала. Как это следует из (10.3), (10.5) и (10.6) удерживающий потенциал ловушки Пауля в аксиальном направлении не зависит от массы иона, а в радиальном - зависит. Это приводит к тому, что более легкие ионы Mg концентрируются вблизи оси ловушки, образуя внутреннюю оболочечную цилиндрическую структуру, очень похожую на структуру, образующуюся в однокомпонентном кристалле. [16]
Существуют, по крайней мере, два метода, которые предлагают путь решения проблемы седловой точки. Первый основан на статических электрическом и магнитном полях и привел к созданию ловушки Пен-нинга. Второй подход использует зависящие от времени электрические поля и реализован в ловушке Пауля, которая детально обсуждается в следующем разделе. [17]
Эти алгоритмы, как правило, исходят из унитарной эволюции во времени. Каждая же реальная квантовая система обладает диссипацией. Всегда есть небольшая порция света, покидающая резонатор, или в ловушке Пауля происходит нагревание из-за внешнего управляющего поля, зависящего от времени. Квантовые состояния чрезвычайно хрупки. Потеря единственного фотона может разрушить суперпозицию. [18]
Поэтому мы обращаемся к вопросу о том, как сконструировать взаимодействие между атомом и полем, и подробно обсуждаем модель Джейнса-Каммингса - Пауля. Тогда логически следующей темой являются квантовые измерения и приготовление квантовых состояний, основанное на квантовом перепутывании. Ловушка Пауля является аналогом КЭД резонатора, но представляет дальнейшее развитие модели Джейнса-Каммингса - Пауля в двух отношениях: а) теперь она не ограничена однофотонными переходами, б) внешний потенциал, управляющий движением центра инерции, явно зависит от времени. [19]
В общем случае движение иона в ловушке Пауля имеет два масштаба времени. Есть медленное - так называемое секулярное движение, с частотой, которая определяется усредненным по времени связывающим потенциалом, и быстрое микродвижение, которое зависит от радиочастоты переменного напряжения, приложенного к ловушке. Чтобы разобраться в сути квантовой составляющей этого движения, сначала обсудим эволюцию во времени операторов координаты и импульса для гармонического осциллятора с частотой, зависящей от времени. Такой осциллятор служит в качестве некоторой модели для ловушки Пауля. Мы покажем, что квантовое движение характеризуется тремя вещественными параметрами, которые соответствуют повороту, сжатию и еще одному повороту в фазовом пространстве. [20]
Удержание в течение длительного времени отдельных ионов в ловушке открывает разнообразные новые возможности в лазерной спектроскопии. Кроме того, одиночный захваченный ион представляет собой уникальный объект для проверки фундаментальных законов квантовой механики. Квантовые скачки, которые были одной из главных тем ранних дискуссий между Бором и Шредингером по поводу квантовой механики, наблюдались в прямых экспериментах и в настоящее время используются для контроля внутренней динамики иона. В виду важности ловушки Пауля, проиллюстрированной на приведенных примерах, мы посвящаем данную главу обсуждению физики этого замечательного прибора. [21]
В отличии от когерентных состояний, у таких волновых пакетов ширина осциллирует, пока сами пакеты движутся туда и обратно в ос-цилляторном потенциале. Название проистекает из того факта, что эти состояния шире или уже волнового пакета основного состояния. Сжатые состояния усиленно исследовались теоретически и стали играть важную роль в молекулярной физике и при описании ловушек Пауля. В частности, теоретически и экспериментально исследовались сжатые состояния света. Впервые сжатое состояние света было получено в 1985 г. в лаборатории им. [22]
Глава построена следующим образом. Раздел 17.1 содержит краткий обзор основных методов удержания ионов. Здесь, в частности, показано, что нельзя осуществить трехмерный захват заряженных частиц с помощью только статических электрических полей. Нужны электрические поля, зависящие от времени. Затем, в разделе 17.2 дается краткое введение в проблему лазерного охлаждения. Эта область быстро развивалась на протяжении последних лет, и по данной теме существует огромная литература. Недостаток места не позволяет нам входить в детали этой впечатляющей области квантовой оптики, и поэтому мы отсылаем к списку литературы в конце данной главы. В разделе 17.3 кратко обсуждаются особенности динамики иона в ловушке Пауля. Показано, в частности, что эволюция во времени, весьма сложная из-за явной зависимости удерживающего потенциала от времени, может быть наглядно представлена как последовательность операций поворота, сжатия и еще одного поворота в фазовом пространстве. [23]