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  - 2024-12-26T22:18:45
ER  -