Mesokopische segmentierte Ionenfallen

Deterministische Implantation einzelner Ionen in Festkörper

Ziel dieses Projektes ist es, einzelne Atome mit hoher Genauigkeit in Festkörper zu implantieren, um einerseits Systeme für die Quanteninformationsverarbeitung zu realisieren und andererseits die Qualität mikroelektronischer Halbleiterbauelemente zu erhöhen.
Die Ionen sollen zunächst in einer segmentierten linearen Paulfalle gefangen werden. Die optische Detektion der Ionen erfolgt mittels einer EMCCD-Kamera. Anschließend werden sie aus der Falle extrahiert und durch eine Ionenstrahloptik auf wenige nm fokussiert.  Die Stärke unseres Ansatzes liegt in der hohen örtlichen und energetischen Auflösung, welche durch die niedrige Temperatur der lasergekühlten Ionen in der Falle möglich wird. Der Hauptvorteil besteht jedoch darin, dass in einer Paul-Falle praktisch alle Elemente gefangen werden können, was sie zu einer universellen deterministischen Einzelionenquelle macht. Weiteres...

Anwendungen der Theorie optimaler Kontrole für interne und externe Freiheitsgrade von Ionen

Quantenalgorithmen und Simulationen in segementierten Fallen benötigen Operationen mit hoher Qualität. Dabei sind es einerseits die logischen Gatteroperationen zur Manipulation eines einzelnen Quantenbits, oder Gatter zwischen zwei Quantenbits, die ohne Fehler ablaufen sollen. Auf der anderen Seite müssen Ionen schnell innerhalb der Falle transportiert werden, wobei Heizeffekte möglichst gering gehalten werden sollten. Für beides ist die Theorie optimaler Kontrolle ein ideales Werkzeug um schnelle und und gegen Ungenauiglkeiten robuste Laserpulse zu berechnen um die logischen Gatteroperationen durchzuführen oder auch um die Kontrollspannungen an den Fallenlektroden zu ermitteln, sodass die Ionen schnell transportiert werden. Weiteres...

Ultraschneller Transport von Ionen in segmentierten Fallen

Ein zukünftiger Quantenrechner mit Ionen wird mehr als  99% seiner Zeit mit dem Verschieben von Quantenbits zwischen verschiedenen Regionen des Speichers und Prozessors verbringen. Dekohärenz würde unter Umständen unterdessen die verschränkten Zustände zerstören. Daher ist es notwending die Transportzeit möglichst zu reduzieren, dafür den Transportprozess zu verstehen und nicht-adaibatisch schnelle Transporttechniken zu entwickeln. Die Anwendung der Theorie optimaler Kotrolle wird hier weitere Verbesserungen ermöglichen. Weiteres...

Spektroskopie an seltenen und radioaktiven Isotopen von Berylium+ Ionen in mesoskopischen linearen segmentierten Fallen

Wir planen, einzelne Berylliumionen 7,9,10,11 Be+ in einer segmentierten Paul-Falle zu fangen, sympathetisch mit Kalziumionen zu kühlen und spektroskopisch zu untersuchen. Besonders interessant ist das 11Be+-Isotop, bei dem sich um ein ein-Neutron Halo System handelt. Halokerne zeichnen sich dadurch aus, dass sich ein oder mehrere Neutronen außerhalb der starken Wechselwirkung des Kerns befinden und somit nur schwach gebunden sind. Mittels unserer geplanten präzisen Messung des Isotopie-Verschiebung auf dem 2S1/2 nach 2P1/2 Übergang und atomarer Strukturberechnungen kann der Kernladungsradius ermittelt werden. Weiteres...