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.

In Experimenten und mit Simulationen untersuchen wir die Anregung von Ionenschwingungen, welche durch den Transport angeregt werden können. Für schnelle Transporte verwenden wir eine Rampe in Form einer Fehlerfunktion. Tief im nicht-adaibatischen Limit mit Transporten in nur vier Oszillationsperioden des Ions im Potential (20µs für 4mm) erreichen wir eine Transportwahrscheinlichkeit von über 99%  während wir für adiabatische Transporte (500µs) über 99.8% Erfolgswahrscheinlichkeit verzeichnen. Die Messungen in der segmentierten Falle sind in guter Übereinstimmung mit den klassischen Simulationen [1].

Die Zeit die es nach dem Anschalten des Dopplerkühllasers braucht, bis ein Ion nach dem Transport wieder Licht streut und das Kühlimit erreicht, ist ein Maß der Schingungsanregung. Für einen sehr schnellen Transport ist diese Zeit höher, wie in der Abb. zu sehen.

[1] G. Huber, Th. Deuschle, W. Schnitzler, R. Reichle, K. Singer and F. Schmidt-Kaler, New Journal of Physics accepted (2007). arXiv:0711.2947