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Titelaufnahme

Titel
Digital quantum simulation, Schrödinger cat state spectroscopy and setting up a linear ion trap / by Cornelius Hempel
VerfasserHempel, Cornelius
GutachterBlatt, Rainer
Erschienen2014
UmfangXI, 166 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Enth. u.a. 2 Veröff. d. Verf. aus den Jahren 2011 - 2013 . - Zsfassung in dt. Sprache
Datum der AbgabeSeptember 2014
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Ionenfalle / Quantenmechanik / Quantenoptik / Quanteninformationsverarbeitung / Spektroskopie / Schrödinger-Katze / Quantensimulation
Schlagwörter (EN)ion-trap / quantum mechanics / quantum optics / quantum information processing / spectroscopy / Schroedinger-cat / quantum simulation
Schlagwörter (GND)Quanteninformatik / Calciumion / Ionenfalle / Magnetismus / Spin / Streuung / Ionenkristall / Calciumisotop / Schrödinger-Gleichung
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-1055 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
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Dateien
Digital quantum simulation, Schrödinger cat state spectroscopy and setting up a linear ion trap [8.94 mb]
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Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Dissertationsschrift wird über zwei Experimente auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung mit gespeicherten Kalzium-Ionen berichtet. Zusätzlich werden der Aufbau und die Charakterisierung einer neuen linearen Paul-Falle sowie die Implementierung einer neuartigen akustooptischen Adressierung einzelner Ionen vorgestellt.

Das erste der beiden Experimente beschäftigt sich mit dem Machbarkeitsnachweis von digitalen Quantensimulationen unter Verwendung von bis zu 6 Ionen und 100 Gatteroperationen. Es untersucht die Skalierbarkeit von Simulationen elementarer Modelle des Magnetismus im Hinblick auf die Anzahl der beteiligten Spins und die Komplexität ihrer gegenseitigen Wechselwirkungen.

Das zweite Experiment stellt die Anwendung eines Schrödinger-Katzen-Zustands zum indirekten Nachweis von Einzelphotonen-Streuvorgängen an einem breiten elektronischen Übergang vor. In einer Machbarkeitsstudie mit einem Ionenkristall unterschiedlicher Isotope aus 40Ca+ und 44Ca+ wird die Empfindlichkeit der Methode bis hin zum Niveau einzelner Photonen demonstriert.

Die Arbeit schließt mit einem kurzen Ausblick auf zukünftige Untersuchungen und Erweiterungen des experimentellen Aufbaus.

Zusammenfassung (Englisch)

This PhD thesis reports on two experiments in the field of quantum information processing using trapped calcium ions. In addition, the text covers the setup and characterization of a new linear Paul trap accompanied by a novel implementation of single-ion addressing using an acousto-optic deflector.

The first of the two experiments is concerned with the proof-of-principle implementation of digital quantum simulations using up to 6 ions and 100 gate operations. It investigates the scaling behavior of simulations of elementary models of magnetism in terms of the number of involved spins and the complexity of their mutual interactions.

The second experiment introduces the application of a Schroedinger cat state in the indirect detection of photon scattering events on a broad electronic transition. The method is shown to have a sensitivity down to the single photon level in a proof-of-principle demonstration using a mixed-isotope crystal of 40Ca+ and 44Ca+.

A brief outlook towards future experiments and extensions of the experimental setup concludes the manuscript.