TY - THES AB - In einer Paulfalle gespeicherte Ionen sind derzeit einer der vielversprechendsten Kandidaten für die Quanteninformationsverarbeitung (QIV). Die dafür in dem hier beschriebenen Experiment verwendete Methode wurde im Jahre 2001 von F. Mintert und Ch. Wunderlich vorgestellt. Dabei wird auf atomare Übergänge im Mikrowellenoder Radiowellenbereich zurückgegriffen, wobei ein Magnetfeldgradient entlang einer Ionenkette die Entartung der Übergangsfrequenzen verschiedener Ionen aufhebt und so für die Unterscheidbarkeit der einzelnen Ionen im Frequenzraum sorgt; weiterhin wird sichergestellt, dass interne und externe Freiheitsgrade der Ionenkette gekoppelt werden können. Diese Methode wird MAGIC (MAgnetic Gradient Induced Coupling) genannt. Die Durchführung der Experimente erforderte zudem den Aufbau der Versuchsapparatur bestehend aus Laserquellen, Lambdameter, Vakuum- und Mikrowellensystem, sowie aus Abbildungs- und Detektionseinheiten, als Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung der hier vorstellten Experimente. Für die Versuche ist es von Vorteil, die Ionen in einem Zustand nahe des Grundzustands der Schwingung zu präparieren, weil dies dazu beiträgt, die Dephasierung bei der Manipulation mit Mikrowellen einzudämmen. Bei dieser sogenannten Seitenbandkühlung in den sub-Doppler Bereich wird ausgenutzt, dass sich die Ionen in guter Näherung in einem harmonischen Oszillatorpotential befinden und deshalb nur diskrete Schwingungszustände besetzt werden können, deren Abstand der axialen Fallenfrequenz entspricht. Durch Anregung mit Hilfe der Mikrowelle, die um ein solches Schwingungsquant zu niedrigeren Energien von der Resonanz verstimmt ist, verliert das Ion pro Zyklus mit hoher Wahrscheinlichkeit die entsprechende Energie. Durch mehrfachen Durchlauf des Kühlzyklusses lässt sich die durchschnittliche Phononenzahl und somit die Temperatur des Ions effektiv reduzieren und das Ion kann in einem Zustand nahe des Grundzustands der Schwingung präpariert werden. Als Seitenbandübergang wurde ein Hyperfein-Übergang des Isotops 171Yb+ mit einer Übergangsfrequenz von etwa 12.6 GHz verwendet. Prinzipiell ist der Impulsübertrag von Mikrowellenphotonen zu gering um die Ionen effektiv zu kühlen; unter Anwendung von MAGIC wird dies jedoch möglich. In dieser Arbeit wurden die für die Seitenbandkühlung relevanten Parameter charakterisiert, was die Heizrate einschließt, welche dem Kühlprozess entgegenwirkt. Dabei wurde die durchschnittliche Phononenzahl durch Seitenbandkühlung von über 100 Phononen auf 4(4) reduziert, was mit dem Grundzustand verträglich ist. Für die Verifizierung der Ergebnisse wurde die erfolgreiche Seitenbandkühlung mit verschiedenen Methoden übereinstimmend nachgewiesen. Bei dieser Arbeit handelt es sich nach der Kenntnis des Autors um die erste detaillierte Behandlung der Seitenbandkühlung von Ionen in einem statischen Magnetfeldgradienten mittels Mikrowellen. AU - Scharfenberger, Benedikt DA - 2012 KW - Paul-Falle KW - Magnetic gradient induced coupling KW - Paul trap KW - sideband-cooling KW - quantum information processing KW - microwave LA - ger PY - 2012 TI - Seitenbandkühlung von gespeicherten Ytterbium-Ionen im Mikrowellenregime TT - Sideband-cooling of trapped ytterbium-ions in the microwave regime UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-6954 Y2 - 2024-11-22T07:42:25 ER -