Important

Diamond Materials

Diamond Materials for Quantum Application

23. September 2014: The DFG research group FOR 1493 “Diamond Materials and Quantum Applications” goes into its second funding period. FOR1493 is a national research consortium funded by the Deutsche Forsch-ungsgemeinschaft.

More Infomation

ERC Advanced Grant

ERC

Hauptseminar WS 2014/2015:

Hybride Quantensysteme - zwischen Grundlagenexperimenten und Anwendungen

Dozenten: Gerhardt, Neumann, Wrachtrup

Infos:
Raum: NWZ II Seminarraum 6.331
Zeit: tba, wöchentlich
Sprache: Deutsch/Englisch
Teilnehmer: bis zu 12

Inhalt

Heute gibt es eine große Vielfalt an Quantensystemen, die man kohärent kontrollieren und für seine Zwecke nutzen kann. Sie reichen von elementaren Systemen wie einzelnen Photonen, Atomen oder Spins hin zu makroskopischen Systemen wie supraleitenden Schaltkreisen mit einzelnen Mikrowellenphotonen als Anregungen oder zu mikroskopischen mechanischen Oszillatoren mit einzelnen Phononen als Anregungen.

In diesem Hauptseminar beleuchten wir die aktuellen experimentellen Fortschritte bei der Verknüpfung mehrerer verschiedener Quantensysteme zum einem hybriden System welches möglichst die besten Eigenschaften seiner Bausteine kombiniert.

Die Ziele bei der Entwicklung hybrider Quantensysteme sind vielschichtig. Zum einen kann es um ganz grundlegende Aufgaben gehen, wie die Kühlung eines mechanischen Oszillators in seinen Bewegungsgrundzustand mit Hilfe von Photonen. Oder aber man versucht dem sukzessiven Kollaps eines Quantenzustandes auf die Spur zu kommen. Ein anderes Beispiel ist die Herstellung von gequetschtem Licht für verbesserte Messaperaturen durch geschickte optomechanische Kopplung. Ein weiteres Feld ist die Quanteninformationsverarbeitung, wo man viele verschiedene Quantenbit-Implementierungen benötigt deren Information von einem zum anderem Typ übertragbar sein müssen. So benötigt man gute Quantenspeicher (zum Beispiel Kernspins), gute Prozessoren (zum Beispiel Supraleitende Qubits) und gute Übertragungsqubits (zum Beispiel Photonen).

Die einzelnen Themen werden am 26.06.2014 kurz vorgestellt und an einem weiteren Termin für Interessenten vertieft und verteilt/zugewiesen. Im folgenden sind die Themenbereiche mit möglichen einzelnen Unterthemen kurz aufgelistet:

Optomechanik

  • Optomechanische Kopplung in mechanischen Mikroresonatoren und die Herstellung von gequetschtem Licht.
    A. H. Safavi-Naeini, et al., Squeezed light from a silicon micromechanical resonator, Nature 500, 185 (2013).
  • Kopplung von Mikrowellen und optischen Photonen mit einem nanomechanischen Umformer.
    T. Bagci, et al., Optical detection of radio waves through a nanomechanical transducer, Nature 507, 81 (2014).

Atome

  • Sympathetisches Kühlen eines Nanomechanischen Oszillators mit ultrakalten Atomen.
    B. Vogell, et al., Cavity-enhanced long-distance coupling of an atomic ensemble to a micromechanical membrane, Phys. Rev. A 87, 023816 (2013).
  • Kohärente Kopplung zwischen einem Supraleitenden Mikrowellen-Resonator und einem Gas aus ultrakalten Atomen.
    J. Verdú, et al., Strong Magnetic Coupling of an Ultracold Gas to a Superconducting Waveguide Cavity, Phys. Rev. Lett. 103, 043603 (2009).
  • Ionen in linearen Paulfallen simulieren den Kibble-Zurek Mechanismus für Symmetriebrechung.
    S. Ulm, et al., Observation of the Kibble–Zurek scaling law for defect formation in ion crystals, Nat Commun 4, 2290 (2013).
  • Bottle resonators / single atom trapping & counting
    O'Shea et al., Ultra-high Q whispering-gallery-mode bottle microresonators: properties and applications, Proc. SPIE 7913, Laser Resonators and Beam Control XIII, 79130N (2011)
  • ATTA technology (implications of atom trapping and counting /Quantenmetrologie)
    Chen et al., Ultrasensitive Isotope Trace Analyses with a Magneto-Optical Trap, Vol. 286 no. 5442 pp. 1139-1141 (1999)
  • detecting & counting single atoms
    Mabuchi et al., Real-time detection of individual atoms falling through a high-finesse optical cavity, Vol. 21, No. 17, OPTICS LETTERS (1996)

Mesoskopische Spin-Systeme

  • Teleportation eines Quantenzustandes zwischen zwei Festkörper Spin-Qubits über 3m
    W. Pfaff, et al., Unconditional quantum teleportation between distant solid-state quantum bits, Science 1253512 (2014).
  • Quantenfehlerkorrektur in einem Festkörper Spin-Register
    G. Waldherr, et al., Quantum error correction in a solid-state hybrid spin register, Nature 506, 204 (2014).
    Supraleitung
  • Kohärente Kopplung zwischen einem Supraleitenden Qubit und einem Ensemble von Elektronenspins.
    Y. Kubo, et al., Hybrid Quantum Circuit with a Superconducting Qubit Coupled to a Spin Ensemble, Phys. Rev. Lett. 107, 220501 (2011).
  • Teleportation zwischen Supraleitenden Qubits.
    L. Steffen, et al., Deterministic quantum teleportation with feed-forward in a solid state system, Nature 500, 319 (2013).

Photonen

  • Interfacing solid state photons and atomic vapors
    P. Siyushev, et al, Molecular photons interfaced with alkali atoms, Nature 509, 66 (2014).
  • Beobachtung des Kollapses eines Quantenzustandes in Echtzeit durch zerstörungsfreie Quantenmessungen
    C. Guerlin, et al., Progressive field-state collapse and quantum non-demolition photon counting, Nature 448, 889 (2007).
  • Whispering gallery modes
    Valhala, Optical microcavities, Nature 424, 839-846 (14 August 2003)
  • Modern photon statistics
    Predojevic, Efficiency vs. multi-photon contribution test for quantum dots, Optics Express, Vol. 22, Issue 4, pp. 4789-4798 (2014)
  • Detecting single photons (microbolometer / loop-hole free Bell tests/ sc nano-wire detectors / detecting light with cavities
    Giustina et al., Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption, Nature, 497, 227–230 (2013)
  • Quantum randomness (primary processed / POVMs / randomness extraction/ binary entropy etc.)
    Stipcevic, Quantum random number generators and their use in cryptography, http://arxiv.org/abs/1103.4381 (2011)