Bachelorarbeitsthemen 2020
Themenliste:
- Building a quantum internet with light and matter (BL)
- ps-Laserpulse für schnelle Quantengatter (CR)
- Quantengatter mit Mikrowellenpulsen (CR)
- Fast ion-trap quantum gates using Rydberg interactions (TM)
- Teleporting quantum gate operations (TM)
- Cavity-free ion-photon coupling (TM)
- Nanophotonische Quantenschittstelle aus Silizium-Fehlstellen-Zentren (TN)
- Kühlung eines schwebenden Nanoteilchens in den Grundzustand seiner Bewegung (TN)
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BL:
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Themen Beschreibung:
1. Building a quantum internet of light and matter (Betreuer: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
- Peter C. Humphreys, Norbert Kalb, Jaco P. J. Morits, Raymond N. Schouten, Raymond F. L. Vermeulen, Daniel. J. Twitchen, Matthew Markham, Ronald Hanson, Deterministic delivery of remote entanglement on a quantum network, Nature 558, 268–273 (2018)
2. ps-Laserpulse für schnelle Quantengatter (Betreuer: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
Verschränkende Quantengatter in Ionenkristallen beruhen üblicherweise auf Wechselwirkungen der Ionen mit kontinuierlichen Laserpulsen, welche transient die Ionen zu Schwingungen anregen. Dabei vermitteln die gemeinsamen Schwingungsmoden der Ionen eine effektive Wechselwirkung zwischen den elektronischen Zuständen, die in Verschränkung resultiert. Die Dauer eines derartigen Quantengatters ist dabei fundamental limitiert durch die Schwingungsperiode der Ionen in der Falle. Eine Möglichkeit, schnellere Quantengatter zu realisieren, besteht darin, die Ionen mit einem Pulszug aus Pikosekunden-Laserpulsen wechselwirken zu lassen, um Verschränkung zu generieren. Dieses Schema wurde nun vor kurzem zum ersten Mal experimentell demonstriert.
- J. J. Garcia-Ripoll, P. Zoller, and J. I. Cirac, "Speed Optimized Two-Qubit Gates with Laser Coherent Control Techniques for Ion Trap Quantum Computing," Phys. Rev. Lett. 91, 157901 (2003).
- J. D. Wong-Campos, S. A. Moses, K. G. Johnson, and C. Monroe, "Demonstration of two-atom entanglement with ultrafast optical pulses," Phys. Rev. Lett. 119, 230501 (2017).
3. Quantengatter mit Mikrowellenpulsen (Betreuer: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
Quantenbits in lasergekühlten Ionenkristallen können miteinander verschränkt werden durch Laserpulse, die die inneren Zustände der Ionen an die Schwingungsmoden des Ionenkristall koppeln. Diese Prozesse sind möglich, da Absorption und Emission von Photonen verbunden ist mit einem Impulsübertrag vom Lichtfeld auf die Ionenbewegung; sie erfordern aber hochstabile Laser. Stabile Mikrowellenstrahlung ist technisch einfacher zu realisieren; allerdings haben Mikrowellenphotonen einen vernachlässigbar kleinen Impuls. Indem man Ionen im Nahfeld einer Mikrowellenquelle platziert, ist es möglich, dieses Problem zu überwinden und Quantengatter hoher Güte durch Mikrowellenpulse zu realisieren.
- • T. P. Harty, M. A. Sepiol, D. T. C. Allcock, C. J. Ballance, J. E. Tarlton, and D. M. Lucas, "High-Fidelity Trapped-Ion Quantum Logic Using Near-Field Microwaves", Phys. Rev. Lett. 117, 140501 (2016).
- • J. D. Wong-Campos, S. A. Moses, K. G. Johnson, and C. MR. Srinivas, S. C. Burd, R. T. Sutherland, A. C. Wilson, D. J. Wineland, D. Leibfried, D. T. C. Allcock, and D. H. Slichter, "Trapped-Ion Spin-Motion Coupling with Microwaves and a Near-Motional Oscillating Magnetic Field Gradient", Phys. Rev. Lett. 122, 163201 (2019).
4. Fast ion-trap quantum gates using Rydberg interactions (Betreuer: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
5. Teleporting quantum gate operations (Betreuer:This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
6. Cavity-free ion-photon coupling (Betreuer: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
7. Nanophotonische Quantenschittstelle aus Silizium-Fehlstellen-Zentren (Betreuer: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
Für zukünftige Quantennetzwerke werden Quantenschnittstellen gebraucht, die Quanteninformation zwischen Quantenrechner und Informationsträger übertragen können. Ein neuer Kandidat als Quantenschnittstelle ist ein Silizium-Fehlstellen-Zentum in Diamant, die in einem nanophotonischen Resonator eingebettet wird. In dem Projekt wird untersucht: Was sind die Vorteile von Silizium-Fehlstellen-Zentren als Quantenbits? Wie wird eine deterministische Schnittstelle mithilfe des Resonators aufgebaut? Wie kann man das System als Quantenspeicher charakterisieren, und welche Rolle könnten diese Knoten in einem zukünftigen Quantenrepeater spielen?
C. T. Nguyen, D. D. Sukachev, M. K. Bhaskar, B. Machielse, D. S. Levonian, E. N. Knall, P. Stroganov, R. Riedinger, H. Park, M. Lončar, and M. D. Lukin, "Quantum Network Nodes Based on Diamond Qubits with an Efficient Nanophotonic Interface," Phys. Rev. Lett. 123, 183602 (2019)
8. Kühlung eines schwebenden Nanoteilchens in den Grundzustand seiner Bewegung (Betreuer: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
Erst 2019 ist es gelungen, die Schwerpunktsbewegung eines schwebenden Nanoteilchens in den quantenmechanischen Grundzustand zu bringen. Wie kann man mithilfe von Laserlicht nicht nur Atome sondern auch viel größere Teilchen kühlen? Was sind mögliche Anwendungen solcher Zustände für zukünftige Quantentechnologien?
F. Tebbenjohanns, M. Frimmer, V. Jain, D. Windey, and L. Novotny, "Motional Sideband Asymmetry of a Nanoparticle Optically Levitated in Free Space," Phys. Rev. Lett. 124, 013603 (2020)
- U. Delić, M. Reisenbauer, K. Dare, D. Grass, V. Vuletić, N. Kiesel, and M. Aspelmeyer, "Motional Quantum Ground State of a Levitated Nanoparticle from Room Temperature," arXiv:1911:04406 (2019)