Rydberg Ions in Motion
Loading...
Date issued
Authors
Editors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Reuse License
Abstract
Kalte, kontrollierte Atome und Ionen sind derzeit von großem Interesse für Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung, -simulation und -sensorik. Die Anregung
von gefangenen Ionen in Rydberg-Zustände bietet eine einzigartige Möglichkeit, die
Vorteile von präzise kontrollierbaren gefangenen Ionen mit weitreichenden, verstimmbaren Rydberg-Wechselwirkungen zu kombinieren. Die intrinsisch große Polarisierbarkeit von Rydberg-Zuständen fuhrt zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber elektrischen Feldern und folglich zu unterschiedlichen Fallenfrequenzen im Vergleich zu elektronisch niedrig angeregten Zuständen. Ich untersuche die Polarisierbarkeiten experimentell an einzelnen 40Ca+-Ionen und Ionenkristallen in einer linearen Paul-Falle. Energieverschiebungen durch Besetzung des harmonischen Oszillators werden in einem Linienmodell für das Rydberg-Anregungsspektrum betrachtet und erlauben eine Diskussion von Übergangsverschiebungen und Verbreiterungen als Funktion der Hauptquantenzahl zwischen n ∈ [38, 65], Phononenverteilungen und Feldgradienten.
Durch Anlegen eines externen Hochfrequenzfeldes werden kohärente Bewegungszustände mit |α| < 11 und durchschnittlichen Phononenzahlen ˜k < 121 angeregt, und die resultierende Verschiebung der Übergangsfrequenz ermöglicht die Extraktion der Polarisierbarkeiten für die Rydberg-Zustände 49S1/2, 53S1/2 und 57S1/2
in voller Übereinstimmung mit der Literatur. Ähnlich können kohärente Bewegungszustände in einem Zwei-Ionen-Kristall zur Erzeugung von Verschränkung genutzt werden, da die akkumulierte Phase abhängig vom Einschluss in der Paul-Falle ist. Hier wird eine Verschränkungsoperation vorgeschlagen, bei welcher der Ionenkristall für 1.8 µs mit einem externen Feld von 29 V/m verschoben wird - erreichbar in aktuellen Ionenfallen - wobei die Dauer durch optimierte Feldpulse und zusätzliche Auslenkungen
verringert werden kann. Außerdem schlage ich vor, die abstandsabhängige Van-der-Waals-Wechselwirkung von Rydberg-Ionen zu beobachten, welche die Anregungsenergie von zwei angrenzenden Ionen im Vergleich zu zwei getrennten Ionen verschiebt.
Für Ionenkristalle bei endlicher Temperatur untersuche ich positionsabhängige Rabi-Frequenzen und Kopplung an die Oszillatorbewegungen, die zu einer Verbreiterung der
Übergangsspektren und einer Verringerung der Nachweisempfindlichkeit für Van-der-Waals-Kräfte fuhren. Das übergreifende Ziel ist es, Rydberg-Anregung in die Quanteninformationsverarbeitung mit gefangen Ionen aufzunehmen.