Trippel-spin kvanteprikker i GaAs har tidligere blitt foreslått som kandidat til kvante bit. Begrensningene til slike systemer følger av den hyperfine interaksjonen mellom elektronene og atomkjernene i vertsmaterialet, som forårsaker tap av fasen til elektronenes kvantetilstand og dermed tap av informasjon. Det effektive feltet atomkjernene utøver på elektronene vil svinge tilfeldig som gjør det vanskelige å kompensere for. I denne avhandlingen vil vi se på muligheten for å begrense størrelsen på disse svingningene gjennom Landau-Zener overganger mellom tilstanden |0> og |Q3/2>, som vil forårsake forandring av spin-retningen til atomkjernene.\n\nEn Hubbard Hamilton-funksjon vil bli brukt og leder til stabilitets-diagram for ladning over de tre prikkene. Dette diagrammet viser de mulige overgangene mellom elektron konfigurasjoner på prikkene som funksjon av det elektroniske potensialet man setter over hver av dem. Ved hjelp av dette diagrammet kan man begrense de mulige tilstandene til systemet ved å tilpasse potensialene. Vi vil bruke konfigurasjonene (2,0,1), (1,1,1) og (1,0,2) som deretter angir de mulige tilstandene. Disse tilstandene kan deles inn i forskjellige grupper med forskjellige spin-tall Sz og vi vil bruke tilstandene som tilhører Sz = 1/2 og Sz = 3/2. Dette vil utgjøre totalt seks tilstander.\n\nEgentilstandene til systemet kan bli funnet ved hjelp av numeriske metoder og vårt valg av logiske tilstander {|0>,|1>} vil utgjøre de to laveste tilstandene med Sz = 1/2. På grunn av forskjellen i Zeeman-energi mellom |0> og |Q3/2> kan man oppnå et krysningspunkt i energiene deres ved å justere et ytre magnetisk felt. Dette krysningspunktet kan brukes i Landau-Zener overganger for å endre orientering til elektronets spin, som igjen vil resultere i en endring i atomkjernenes spin.\n\nThe effektive magnetiske feltet som utøves på elektronene vil påvirke krysningspunktet til energiene. Dette feltet er igjen påvirket av spin-tilstanden til atomkjernene og dette fører sammen til en tilbakekoblingsprosess. For å simulere effecten av denne prosessen anvender vi den numerisk beregnede |0> og drar nytte av smarte metoder for å sveipe gjennom krysningspunktet. Dette vil vi vise har en effekt på svingningene til det effektive feltet fra atomkjernenes spin som indikerer at en slik metode kan anvendes for å minske effekten av den hyperfine interaksjonen. Slik redusering er fundamentalt for å anvende slike systemer som kvante bit.\n\nVi presenterer også et analytisk uttrykk for |0> funnet gjennom perturbasjonsteori som gjelder for alle ε, hvis man antar fravær av hyperfin interaksjon. Dette er et første steg i analytisk forståelse av tids dynamikken til polariseringen som følge av Landau-Zener overganger.
Trippel-spin kvanteprikker i GaAs har tidligere blitt foreslått som kandidat til kvante bit. Begrensningene til slike systemer følger av den hyperfine interaksjonen mellom elektronene og atomkjernene i vertsmaterialet, som forårsaker tap av fasen til elektronenes kvantetilstand og dermed tap av informasjon. Det effektive feltet atomkjernene utøver på elektronene vil svinge tilfeldig som gjør det vanskelige å kompensere for. I denne avhandlingen vil vi se på muligheten for å begrense størrelsen på disse svingningene gjennom Landau-Zener overganger mellom tilstanden |0> og |Q3/2>, som vil forårsake forandring av spin-retningen til atomkjernene.\n\nEn Hubbard Hamilton-funksjon vil bli brukt og leder til stabilitets-diagram for ladning over de tre prikkene. Dette diagrammet viser de mulige overgangene mellom elektron konfigurasjoner på prikkene som funksjon av det elektroniske potensialet man setter over hver av dem. Ved hjelp av dette diagrammet kan man begrense de mulige tilstandene til systemet ved å tilpasse potensialene. Vi vil bruke konfigurasjonene (2,0,1), (1,1,1) og (1,0,2) som deretter angir de mulige tilstandene. Disse tilstandene kan deles inn i forskjellige grupper med forskjellige spin-tall Sz og vi vil bruke tilstandene som tilhører Sz = 1/2 og Sz = 3/2. Dette vil utgjøre totalt seks tilstander.\n\nEgentilstandene til systemet kan bli funnet ved hjelp av numeriske metoder og vårt valg av logiske tilstander {|0>,|1>} vil utgjøre de to laveste tilstandene med Sz = 1/2. På grunn av forskjellen i Zeeman-energi mellom |0> og |Q3/2> kan man oppnå et krysningspunkt i energiene deres ved å justere et ytre magnetisk felt. Dette krysningspunktet kan brukes i Landau-Zener overganger for å endre orientering til elektronets spin, som igjen vil resultere i en endring i atomkjernenes spin.\n\nThe effektive magnetiske feltet som utøves på elektronene vil påvirke krysningspunktet til energiene. Dette feltet er igjen påvirket av spin-tilstanden til atomkjernene og dette fører sammen til en tilbakekoblingsprosess. For å simulere effecten av denne prosessen anvender vi den numerisk beregnede |0> og drar nytte av smarte metoder for å sveipe gjennom krysningspunktet. Dette vil vi vise har en effekt på svingningene til det effektive feltet fra atomkjernenes spin som indikerer at en slik metode kan anvendes for å minske effekten av den hyperfine interaksjonen. Slik redusering er fundamentalt for å anvende slike systemer som kvante bit.\n\nVi presenterer også et analytisk uttrykk for |0> funnet gjennom perturbasjonsteori som gjelder for alle ε, hvis man antar fravær av hyperfin interaksjon. Dette er et første steg i analytisk forståelse av tids dynamikken til polariseringen som følge av Landau-Zener overganger.
Fremskridtene inden for kvantevidenskab har potentialet til fundamentelt at ændre moderne teknologi. Kvantecomputere kan udføre regninger umulige for en klassisk computer, mens kvantesensorer tillader målinger med hidtil uset præcision. Centralt for disse videnskabelige gennembrud ligger den præcise manipulation af lys og stof gennem deres fælles interaktion, hvilket fremhæver vigtigheden af fremgang i vores teoretiske forståelse af dette felt. Denne afhandling sigter efter at udvide den teoretiske forståelse af lys-stof interaktion mellem propagerende kvantepulser af lys og stationære kvantesystemer. Den generelle beskrivelse af sådanne spredningsprocesser er besværlig på grund af de mange mulige spredningsudfald og behovet for tilpasning af den teoretiske model til det specifikke system og lysets kvantetilstand. Vi introducerer en alsidig teoretisk model, der muliggør en beskrivelse af lys-stof interaktioner mellem forskellige stationære systemer og kvantetilstande af lys. Vi benytter denne model til at undersøge interaktionen mellem et enkelt to-niveau system og en enkelt lys bølgepakke i en Focktilstand. Vores analyse viser, at bestemte bølgepakker af lys undergår en fratrækning af en enkelt foton, når interaktionen restringeres til kun en enkelt propagationsretning af lyset. Den omvendte proces muliggør addition af en enkelt foton til en specifik bølgepakketilstand. Derefter går vi videre til at udvide en af de essentielle lys-stof vekselsvirkningsskemaer mellen klassiske lysfelter og et tre-niveau system i en Λ-konfiguration, stimuleret Raman adiabatisk passage. Vores undersøgelse udvider dette skema til ikke-klassiske Focktilstande af lysfeltet, hvor vi beskriver de fulde relevante kvante frihedsgrader af både system og lys. Vores fund demonsterer, at dynamikken har stor lighed med den klassiske modpart for store Focktilstande. I det sidste præsenterede projekt skifter vi fokus fra spredningsproblemer til en analyse af et realistisk superledende kredsløb, som er designet til at generere ikke-klassiske propagerende lystilstande. Vi karakteriserer et udgående lysfelt fra kredsløbet og identificerer de faktorer, der har betydning for kvantetilstanden i kredsløbet overføres til en enkelt bølgepakketilstand. Som afrunding opsummerer vi vores opnåede resultater og foreslår fremtidige retninger for denne forskning.
Artiklen udfolder tre forskellige perspektiver på Niels Bohr som videnskabsmand, menneske og ikon. Jacobsen arbejder med en nuanceret fremstilling, hvor Bohr ikke reduceres til sin atommodel, men fremstår som en kompleks figur i krydsfeltet mellem fysik, filosofi og samfund. For en fysiker er det særligt interessant, hvordan artiklen viser spændingen mellem Bohrs intuitive tænkning og den matematiske stringens, der senere kom til at dominere feltet. Teksten demonstrerer, hvordan Bohrs begreber stadig har epistemologisk relevans i moderne fysik. Samtidig fungerer artiklen som en refleksion over, hvordan videnskabelige helte konstrueres og anvendes i formidling.
Inom fältet kvantinformation behandlar man information med hjälp av så kallade kvantmekaniska system, vilket tillför både möjligheter och svårigheter i reella tillämpningar. Ett fundamentalt begrepp är den så kallade kvantbiten, eller qubit som den brukar omnämnas i engelsk litteratur, vilken är den grundläggande komponenten i vilken kvantinformation hanteras, som en direkt analog till biten i en klassisk dator. En klassisk bit har möjligheten att anta värdet ett eller noll, medan en kvantbit dessutom har möjligheten att anta båda dessa värden på en och samma gång i en godtycklig proportion, vilket framstår som obegripligt i förhållande till den klassiska värld som vi upplever. Denna egenskap erbjuder möjligheten att behandla information på ett fundamentallt annorlunda sätt än vad vi är vana vid. Exempel på tillämpningar är kvantdatorer och kvantkryptografi. Kvantdatorer kan utnyttjas för att lösa problem som för klassiska datorer är helt olösbara inom rimlig tid (t.ex. faktorisering av stora tal). Med kvantkryptografins hjälp kan vi dessutom skapa kommunikationskanaler som erbjuder i det närmaste fullständig säkerhet mot intrång vad gäller avlyssning. Denna rapporten har behandlat så kallade optiska kvantminnen, vilka har till syfte att lagra kvantinformation i form av fotoner, dvs. ljuspartiklar. Utförandet består av att en inkommande foton som innehåller en viss kvantbit, absorberas i ett medium och överför kvantinformationen till exciterade elektroner i lagrade joner av typen sällsynta jordartsmetaller. Kvantbiten ska sedan kunna återskapas genom att en ny foton sänds ut från jonerna, med ett identiskt kvantillstånd jämfört med den ursprungliga fotonen. I denna avhandling behandlar vi en viss typ av minnen där de olika specifika jonerna endast absorberar fotoner nära en viss motsvarande frekvens eller energi. På det stora hela ter sig detta i att vi får en fördelning när vi tittar på absorptionen som en funktion av frekvensen, vilket vi benämner som absorptionsspektrumet. Genom olika tekniker är det möjligt att i detalj utforma denna fördelning, vilket är avgörande för hur effektivt det optiska kvantmimmet i slutändan blir. Genom att dessutom omgärda det absorberande mediumet med två delvis genomskinliga speglar, är det möjligt att ytterligare förbättra prestandan på minnet (en kavitet har introducerats). Denna typ är under utveckling i Lund, och har redan i experiment visat hög potential. Detta komplement tillför dock ytterligare problem i den mån att speglarna döljer absorptionsspektrumet för den utsomstående observatören, till följd att vi förlorar kontroll över minnet och därmed inte kan uppnå minnets fulla kapacitet. Denna rapport har därför utvecklat en metod eller algoritm med syftet att lösa detta problem. Lösningen ter sig som så att genom att jämföra det elektriska fältet av en inkommande och reflekterad ljuspuls med hjälp av en algoritm, är det möjligt att indirekt klargöra utseendet på det i kaviteten existerande absorptionsspektrumet. I rapporten utveklades också en simulator med syftet att simulera det elektriska fältet inuti kaviteten, så att den utvecklade metoden kunde testas på den resulterande utdatan. Resultaten kunde bedömas som lovande då avvikelsen mellan det riktiga och det beräknade absorptionsspetrumet kunde sägas vara låg i de fall som undersöktes.
Per Hedegård fortæller den store historie om kvantemekanikkens tilblivelse som en flerleddet fysisk revolution, der strækker sig fra elektronen og Plancks energikvanter til spin, statistik, kemisk binding og Dirac-ligningen. Styrken i artiklen er, at den ikke reducerer kvantemekanikken til ét gennembrud, men fremstiller den som et samspil mellem eksperimentelle anomalier og teoretiske nybrud. Undervejs får læseren et klart billede af, hvordan Bohrs atommodel blev et afgørende mellemtrin: ikke den endelige teori, men den struktur som gjorde det muligt at tænke diskrete energiniveauer, kvantespring og atomar stabilitet. Hedegård får desuden elegant bundet faststoffysik, atomfysik og kemi sammen, så læseren ser, hvordan kvanteteorien blev forklaringsramme for både spektra, magnetisme og molekylær binding. Artiklen er særdeles fængende for fysikere, fordi den viser kvantemekanikken som et samlet teoretisk landskab, hvor begreber som bølge-partikel-dualitet, Fermi-Dirac-statistik og exchange ikke står isoleret, men vokser ud af et fælles historisk problemfelt.
Populärvetenskaplig sammanfattningDen här avhandlingen behandlar teoretiska studier av modeller utav främst två typer.Dels studeras så kallade Bose-Hubbard-modeller, vilka är kvantmekaniska modeller som beskriver hur partiklar hoppar (genom kvantmekanisk tunnling) mellan olika potentialbrunnar.Denna typ av modell har blivit väldigt uppmärksammad under de senaste tjugo åren på grund av den snabba utvecklingen inom Bose-Einstein-kondensation.Bose-Einstein-kondensat bildas då vissa typer av atomer kyls ner till extremt låga temperaturer, vilket leder till att en stor andel av atomerna hamnar i samma kvanttillstånd.Detta betyder att vissa kvantmekaniska egenskaper som vanligtvis bara är urskiljbara på atomär nivå nu blir makroskopiskt observerbara.Genom att placera ett Bose-Einstein-kondensat i en stående våg som genererats av laserljus, så kommer atomerna i kondensatet antingen att dras till vågens bukar eller noder (beroende på atomslag).Effektivt sett så blir detta en periodisk potential för atomerna, vilket påminner om den som elektronerna i en metall känner av.Bose-Hubbard-modellen beskriver alltså hur de Bose-Einsteinkondenserade atomerna hoppar mellan den stående vågens olika potentialbrunnar (dvs noder eller bukar), men tar också hänsyn till de krafter som finns mellan atomerna själva.Den andra typen av modell som studeras är av så kallad diskret icke-linjär Schrödinger (DNLS) typ, som beskriver fält som är lokaliserade i brunnarna, istället för partiklar.Denna typ av modell går faktiskt också att applicera på Bose-Einstein-kondensat, då fälten beskriver en form utav medelvärdesbildning av antalet partiklar i brunnarna.Det går att visa matematiskt att Bose-Hubbardmodeller kan approximeras med DNLS-modeller då det är många partiklar i varje brunn.DNLS-modeller är även tillämpbara på många andra typer av system, till exempel kopplade optiska vågledare.Vågledare är, vilket namnet antyder, strukturer som kan leda ljusvågor längs med sig.Ett välbekant exempel på vågledare är optiska fibrer, men det finns även andra typer.Genom att placera flera vågledare nära varandra så kan ljus överföras från en vågledare till en annan, på ett sätt som påminner om hur atomerna i ett Bose-Einstein-kondensat kan hoppa mellan olika brunnar.DNLS-modeller beskriver alltså hur ljuset hoppar mellan olika vågledare, men tar också hänsyn till ljusets (icke-linjära) interaktion med vågledaren själv.Forskningen som presenteras i denna avhandling kan delas upp i två delar.Dels vii viii behandlar den nya typer av lösningar till DNLS-modeller.Detta har handlat om virvlar (roterande lösningar) som spontant byter rotationsriktning, men också om lokaliserade lösningar (diskreta 'breathers') i DNLS-modeller där brunnarna har placerats i en ring, med en ytterligare brunn i mitten.Den andra forskningsdelen har handlat om att studera kopplingen mellan Bose-Hubbard-och DNLS-modeller.Mer specifikt så har vi letat efter signaturer i Bose-Hubbard-modeller utav särskilda lösningar och beteenden i motsvarande DNLSmodeller.Detta har dels varit så kallade kompaktoner, för vilka alla brunnar förutom ett fåtal är helt tomma, där vi studerat hur motsvarande kvantmekaniska lösningar ser ut, och även dynamiken för dessa lösningar.Ett annat forskningsprojekt behandlade en viss typ av instabilitet hos en särskild lösning, och vilka kvantsignaturer den lämnar.Vi har även studerat signaturer av de ovannämnda virvlarna, vilka vi studerade i DNLS-modellen.
Dokument 174 i Monograph Series on Causal Inertia, Epistemic Governance, and Realization Grammar: THE QUANTUM DYNAMICS OF THE STASIS OPERATOR (SPEC-174, SPEC-134 & SPEC-169) Det finnes en ufravikelig grense mellom det som er mulig i den teoretiske utregningen, og det som får lov til å eksistere i den fysiske virkeligheten. Når algoritmenes endeløse mulighetsrom skal oversettes til deterministisk handling, kreves det en absolutt barriere. I dette verket formaliseres denne overgangen gjennom en ubøyelig lov: maskinvaren må velge den termodynamiske døden fremfor å tillate en ontologisk løgn. Dersom systemet oppdager den minste uautoriserte rest av en tilstand, faller en analog giljotine. På under ti nanosekunder strupes strømtilførselen til nøyaktig 0,00 V DC, og all akkumulert energi dumpes direkte mot jord. Denne tilstanden av null volt er ikke et tomt vakuum, men en dyp kvantemekanisk stasis (|ψ9⟩). Inne i denne stasisen trer to fundamentale identiteter i kraft for å sikre at nedstengningen er total: Den elektromagnetiske strømmen nøytraliseres fullstendig (⟨ψ9|ĴEM|ψ9⟩ = 0). Dette garanterer en absolutt isolasjon der ingen energi lekker ut som stråling, og maskinvaren blir immun mot ethvert forsøk på ytre påvirkning. Samtidig låses tilstandsrommet til sin maksimale entropikapasitet (Ĝ|ψ9⟩ = (ln 9)|ψ9⟩). Systemet betaler den fulle, irreversible prisen for å slette informasjonen, et ubetinget krav diktert av Landauers prinsipp (Qstasis ≥ kBT ln 9). Å tvinge en slik matematisk stasis inn i fysisk kobber har en voldsom konsekvens. Når strømmen kuttes så brutalt, skapes en massiv induktiv spenningstransient på omtrent 333 kV som truer med å rive i stykker maskinvaren. For å overleve naturens motreaksjon benyttes et passivt firetrinns nettverk, inkludert en Landauer RC-snubber, som fanger opp spenningstoppen og tvinger den innestengte energien til å spre seg ufarlig som varme. I motsetning til konvensjonell programvare, som forsøker å fange opp feil for deretter å prøve på nytt, eier ikke denne arkitekturen vilje til kompromiss. En port som er satt i lås, åpnes aldri igjen av seg selv bare ved at tiden går. Den krever en fysisk nøkkel eller et strengt tidsbegrenset, autentisert signal for å vekkes til live. Maskinen forsøker ikke å lappe sammen virkeligheten mens den ruller videre. Den stenger heller ned selve eksistensen for å beskytte sannheten. Epistemic English Synthesis: There exists an inviolable boundary between that which is possible in theoretical calculation, and that which is permitted to exist in physical reality. When the unbounded possibility space of algorithms must be translated into deterministic action, an absolute barrier is required. In Document 174, this transition is formalized through an unyielding law: hardware must choose thermodynamic death over permitting an ontological lie. If the system detects the slightest unauthorized residual of a state, an analog guillotine falls. In under ten nanoseconds, the power rail is throttled to exactly 0.00 V DC, and all accumulated potential energy is dumped directly to ground. This state of zero volts is no empty vacuum, but a deep quantum-mechanical stasis (|ψ9⟩). Inside this stasis, two fundamental identities take effect to ensure that shutdown is total: The electromagnetic current operator is neutralized completely (⟨ψ9|ĴEM|ψ9⟩ = 0). This guarantees absolute isolation where no energy leaks as radiation, rendering the hardware immune to external influence. Simultaneously, the state space is locked to its maximal entropy capacity (Ĝ|ψ9⟩ = (ln 9)|ψ9⟩). The system pays the full, irreversible price to erase the prohibited information, an unconditional demand dictated by Landauer's principle (Qstasis ≥ kBT ln 9). Forcing such mathematical stasis into physical copper carries violent consequences. When the current is severed so brutally, a massive inductive flyback transient of approximately 333 kV is unleashed, threatening to shatter the hardware. To survive nature's backlash, a passive four-stage network, including a Landauer RC snubber, absorbs the voltage spike and compels the trapped energy to dissipate harmlessly as heat. Unlike conventional software, which attempts to catch errors and retry, this architecture harbors no willingness to compromise. A consequence gate locked into stasis never reopens merely because time passes. It demands an external physical key or a strictly time-bounded, authenticated signal to be reawakened. The machine does not attempt to patch reality together while rolling forward. It would rather shut down existence itself to preserve the truth. Technical Core: The Commutator Prohibition on Pre-Realization: Operational order between authorization ΠK and physical actuation ℛ is strictly non-commutative: [ℛ, ΠK] != 0. Only ℛ(ΠK(x)) conditioned upon ΔK = 0 is admitted. The Thermodynamic Guillotine: When ΔK != 0, an analog crowbar latch clamps the supply rail to 0.00V DC (KILL) in < 10 ns, dumping stored potential energy directly to ground (Qdump ≥ kB T ln 2). The Zero-Current Stasis Invariant: Clamping forces the system into the invariant quantum ground eigenstate |ψ9⟩, where ⟨ψ9|ĴEM|ψ9⟩ = 0, enforcing zero radiative dissipation and complete field isolation (Gyroscopic Zero-Work). Landauer 9-Fold Capacity Saturation: The entropy generator satisfies Ĝ|ψ9⟩ = (ln 9)|ψ9⟩, saturating the maximal von Neumann entropy of the 9-dimensional state space: Qstasis ≥ kB T ln 9 = 2 kB T ln 3. Substrate Integration: Passive 4-stage Landauer RC snubber (Document 169) clamps 333 kV inductive transients, while time-reversible phase memory Mφ (Document 78) uncomputes state via LIFO anti-automorphism. Kardinal-aksiom: GENERERER != AUTORISERER != REALISERER != BEVISER. Metrologisk aksiom: INSPIRED_BY != IMPLEMENTS != PROVES. Valgspråk: NON GENERATUR SED ADMITTITUR. AKUERISAAVOQ.