Ionen: Verschränkung Nicole Stefanov

Präsentation zum Thema: "Ionen: Verschränkung Nicole Stefanov"—  Präsentation transkript:

1 Ionen: Verschränkung Nicole Stefanov 13.07.2011
Nicole Stefanov

2 0. Überblick: Ionenverschränkung
Wie? Verschränkung der internen Zustände der Ionen mit denen der Bewegungsmode der Ionen Warum? Ausführung von Operationen → Realisierung von Quantencomputern [9]

3 Gliederung Experimenteller Aufbau/Vorüberlegungen Qubit Operationen
Ein-Qubit-Operation CNOT-Gate Implementation des CNOT-Gate nach Cirac und Zoller (1995) Realisierte Variation des Cirac-Zoller-CNOT-Gate (2003) Readout Zusammenfassung

4 Experimenteller Aufbau und VÜ
Structure Verwendung von 40Ca+-Ionen Preparation in den Vibrationsgrundzustand über Doppler cooling (n=10 bis n=30) und danach Sideband cooling (n=0) Interner Grundzustand |g˃ durch optisches Pumpen Superposition von |g˃ und |e˃ über π-polarisierten Laserpuls → Qubit [4]

5 Experimenteller Aufbau und Vorüberlegungen
Vibrationsmoden des Ionenstrings 1. Center of Mass Mode (= Common Mode) Energie ärmste Mode → Vorschlag von Cirac und Zoller für Qubit-Operationen (1995) 2. Breathing Mode unempfindlicher gegenüber externen Heizprozessen z.B. Rauschen → Realisierung des Cirac-Zoller-Gatters (2003)

6 Qubit-Operationen = = Ein-Qubit-Operationen
Den Rotationen des Zustandsvektors auf einer Blochkugel entsprechend z. B. Carrier Transition CNOT-Gate = Controlled NOT-Gate Bestehend aus mindestens 2 Qubits: Control und Target Qubit Nur wenn sich das Control Qubit im angeregten Zustand befindet, ändert sich der Zustand des Target Qubits. |gg˃ → |gg˃ |ge˃ → |ge˃ |eg˃ → |ee˃ |ee˃ → |eg˃ = =

7 Zerlegung des CNOT-Gate
Phase gate Hadamard-Operation Laserpulslänge θ= t/Ω(x) mit x= Carrier/Blue Sideband/Red Sideband Transition Hadamard-Operation Hadamard-Operation Phase gate

8 Implementation des CNOT-Gate nach Cirac und Zoller (1995)
I. Beide Ionen über Carrier Pulses in Qubitsuperposition der Form

9 Implementation des CNOT-Gate nach Cirac und Zoller (1995)
Eigentliche CNOT-Operation: 1.Laserpuls: Auf 2. Qubit: Carrier transition

10 Implementation des CNOT-Gate nach Cirac und Zoller (1995)
Phase Gate: Schritt: auf Qubit 1: 1.Red Sideband Transition = Kopie des 1. Qubitzustands auf die Vibrationsmode (=Datenbus)

11 Implementation des CNOT-Gate nach Cirac und Zoller (1995)
Phase gate: 2.Schritt: auf 2. Qubit: 2π-Rabi-Puls auf dem 1. Red Sideband mit Phaseshift π Problem: √2π-offene Schleife Lösung: Anregung über 3.Hilfszustand |i˃ → geschlossene Schleife → Kopplung des internal state des 2. Qubits mit der Vibrationsmode

12 Implementation des CNOT-Gate nach Cirac und Zoller (1995)
Phase gate: 3.Schritt: auf 1.Qubit: Red Sideband Kopie der Vibrationsmode auf den Qubitzustand 5. Laserpuls: Hadamard-Operation auf 2.Qubit (Carriertransition) wie am Anfang →

13 Realisierte Variation des Cirac-Zoller-CNOT-Gate (2003)
Wesentlicher Unterschied: Statt eines 3. Hilfszustands erfolgt die Verwendung der composite pulse technique (Sequenz aus aus 4 Laserpulsen)

14 Readout Verwendung der „electron shelving technique“
Anregung der 397nm-Transition → Kollaps der |g˃,|e˃ -Superposition → Projektion auf einen Zustand Fluoreszenz nur bei Projektion auf |g˃ messbar Messgenauigkeit der Readout-Methode: etwa 99,9%. Fidelity des gesamten CNOT-Gate mit 2 Ionen liegt bei ca. 80%. Messungenauigkeit vor allem durch Laserfrequenzrauschen.

15 Zusammenfassung Experimenteller Aufbau: Paulfalle, CCD-Kamera
Qubit Operationen Ein-Qubit-Operation → Rotation auf der Blochkugel CNOT-Gate: |gg˃ → |gg˃ |ge˃ → |ge˃ |eg˃ → |ee˃ |ee˃ → |eg˃ Implementation des CNOT-Gate nach Cirac und Zoller (1995) durch 5 Laserpulse: Realisierte Variation des Cirac-Zoller-CNOT-Gate (2003) unterscheidet sich im Wesentlichen durch eine composite pulse sequence beim phase gate Readout bei fast 100%

16 Quellen [1] Exploring the Quantum: atoms, cavities, and photons; by Serge Haroche and Jean-Michel Raimond; Oxford Univ. Press, 2006 [2] Dissertation, Riebe, Universität Innsbruck, 2005 [3] Ion-Trap Quantum Computation, Michael H. Holzscheiter, Los Alamos Science, Number 27, 2002 [4] p143 [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [1] Exploring the Quantum: atoms, cavities, and photons; by Serge Haroche and Jean-Michel Raimond; Oxford Univ. Press, 2006 [2] Dissertation, Riebe, Universität Innsbruck, 2005 [3] Ion-Trap Quantum Computation, Michael H. Holzscheiter, Los Alamos Science, Number 27, 2002 [4] p143 [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]

17 Ende