Zur Seitenansicht
 

Titelaufnahme

Titel
Establishing tools to optimize surface traps for wiring up trapped ions
VerfasserSelvarajan, Sankaranarayanan
Betreuer / BetreuerinHäffner, Hartmut
Erschienen2017
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2017
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeFebruar 2017
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Ion-traps / Quantum computation / surface traps / micromotion / Heating rates
Schlagwörter (EN)Ion-traps / Quantum computation / surface traps / micromotion / Heating rates
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-6756 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Establishing tools to optimize surface traps for wiring up trapped ions [9.97 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Oberflächenfallen eignen sich hervoragend um selbst große Ionenkristalle zu speichern, zu teilen und zu transportieren. Darüber hinaus lassen sich mit ihnen auch selbst komplexe Elektrodenkonfiguration leicht herzustellen. Diese Eigenschaften machen Oberflächenfallen als skalierbare Architektur f ür Quanteninformationsverarbeitung sehr interessant. Trotz dieserVorteile, bleiben viele wichtige Fragen offen. Zum Einen, sind die in herkömmlichen Paulfallen benutzten Techniken zur Mikrobewegungskompensation nicht ohne weiteres auf Oberflächenfallen übertragbar. ZumAnderen sind die gemessenen Heizraten der Ionenbewegung in Oberflächenfallen um ein Vielfaches höher als erwartet und Modelle, die solche erhöhten Heizraten vorhersagen können, sind schwer zu überpr üfen. Um das volle Potenzial von Oberflächenfallen auszuschöpfen, mussen diese Fragen angegangen werden. Diese Arbeit etabliert Werkzeuge, die helfen können, diese Probleme zu lösen.

Herkömmliche Methoden, um Mikrobewegung in linearen Paulfallen zu detektieren, benutzen den Dopplereffekt der aus der Bewegung der Ionen resultiert. Dies bedeutet, dass Laserlicht mit einer Projektion auf all Raumrichtungen verf ügbar sein muss. Allerdings sind die Ionen in einer Oberflächenfalle im Verhältnis zur Ausdehnung der Oberflächenfalle sehr nahe an der Oberfläche gespeichert. Daher ist es schwer, eine signifikante Projektion des Laserlichts senkrecht zur Oberfläche zu erreichen mit der Folge, dass die meisten Techniken zur Mikrobewegungskompensation nicht auf Oberflächenfallen übertragbar sind. In dieser Arbeit präsentieren wir eine neuartige Methode zur Mikrobewegungskompensation, die kompatibel mit Oberflächenfallen ist. Unsere Technik ist unkompliziert und benötigt keine stabilen schmalbandige Laser.

Das andere wichtige Problem, bevor Oberflächenfallen gewinnbringend zur Quanteninformation sverarbeitung eingesetzt werden können, sind Heizraten, die ca. drei Größenordnungen höher sind als man es von Johnson-Rauschen der Elektronik erwartet. Die verschiedenen theoretischen Modelle, die dies erklären sollen, konnten bis jetzt noch nicht experimentell überpr üft werden. In dieser Arbeit präsentieren wir Heizratenmessungen f ür Ionen, die über verschiedenen Stellen der Fall gespeichert wurden. Unsere Resultate tragen zu einem besseren Verständnis dermöglichen Mechanismen bei, die elektrisches Feldrauschen und damit die erhöhten Heizraten erzeugen.

Als letztes diskutieren wir eine theoretische Analyse einer neuartigen Methode bei der Ionen über metallische Drähte gekoppelt werden, um die Ionenfallentechnologie zu skalieren. In diesem Zusammenhang präsentieren wir erste experimentelle Resultate, die den Einfluss einen Drahtes auf die Ionebewegung charakterisieren.

Zusammenfassung (Englisch)

The ability to store, control, split and transport large ion strings and the ease of fabrication, makes surface traps a promising technology for scaling up ion trap quantum computation. However, despite the advantages of this trap architecture, some important issues remain unsolved. On the one hand, well established micromotion compensation methods used in linear Paul trap cannot be easily extended to surface trap setup. On the other hand, the heating rates observed in surface trap are orders higher than the predicted value and the theoretical model proposed to explain this still needs vindication. To harness the full potential of the surface traps these problems needs to be addressed. In this work we present the experimental tools we developed to address some of these problems.

Conventional methods used to detect micromotion in linear Paul traps use Doppler shift induced by the ion motion to detect micromotion. This requires the laser beam to have a projection on all three directions of the ion motion. In a planar trap setup, the distance of the trapped ions from the surface of the trap is very small compared to the width of the trap. This limits the laser beam alignment to be parallel to the surface of the trap. This implies the projection of the laser beam on the motional mode of the ion perpendicular to the trap surface is almost zero. This makes the extension of these micromotion detection methods to surface traps difficult. In this thesis we present a novel micromotion compensation method well suited for surface traps. This method is simple and does not required ultra-stable, low line-width lasers.

Another important problem that has to be solved before the surface traps can be used for quantum computation experiments is the excess heating rates. The heating rates observed in the surface traps are more than 3 orders higher than expected from Johnson noise. The different models proposed to explain this observed heating rate are not verified yet. In this thesis we present the measurements of heating rates carried out at various positions along the axis of the trap. This knowledge can lead to a better understanding of the cause of the electric field fluctuations in the ion trap setup.

Lastly, we present a theoretical analysis of a new method to scale-up ion traps by coupling ions using a macroscopic metallic wire. We also present the first experiments performed to assess the influence of the wire on the ion.