Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Cooling and Manipulating Ions in Traps with Integrated Optical Cavities

Andersen, Hans Harhoff

Published Jan 1, 2015• 0 citations
OpenAlex

Abstract

I denne afhandling præsenteres arbejde inden for kavitetskvanteelektrodynamik (CQED) med indfangede ioner. Der fokuseres på vekselvirkningen mellem ioner fanget i lineære rf-fælder og lysfelter i optiske resonatorer. Der rapporteres om eksperimenter foretaget to forskellige steder: 1) i Quanta Group ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) og 2) i Ionfældegruppen ved Aarhus Universitet. På MIT blev vekselvirkningen mellem en enkelt Sr-88+ ion og feltet fra en stående bølge i en kavitet undersøgt. Først demonstreredes sub-Doppler kavitetskøling med opløste sidebånd langs kavitetsaksen. Dernæst undersøgtes en ny metode til at måle temperaturen af en enkelt, laserkølet ion ved hjælp af det spredte lys i en optisk resonator med smal linjebredde; denne metode sammenlignedes med standard sidebåndsspektroskopimetoder. I Aarhus er en ny lineær rf-fælde med integreret optisk resonator blevet konstrueret. Denne større fælde burde tillade indfangning af enkelte eller store ensembler af ioner, og inkorporerer en optisk resonator, hvis spejle er højreflektive ved bølgelængderne for overgangene fra S til P tilstandene i Ca+-ionen. Samling og oplining af denne kavitetsfælde er beskrevet, og indfangning af de første ioner rapporteres. Mulighederne for fremtidige eksperimenter med denne kavitetsfælde diskuteres. Disse omfatter: En ny metode til laserkøling, undersøgelser og kontrol af såkaldte ion- Coulomb-krystaller, samt undersøgelser af dynamikken af ioner i intrakavitetsgenererede optiske potentialer.

Related papers

Quantum State Manipulation in Temporal Modes of Light

Mads Middelhede Lund

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 $\Lambda$-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.

•Jun 27, 2024•0 citations

Korrespondensprincippets diskrete charme

Ove Nathan

Ove Nathan tager læseren med på en rejse til grænselandet mellem klassisk og kvantemekanisk fysik gennem en levende udforskning af korrespondensprincippet. Med udgangspunkt i moderne eksperimenter med Rydberg-atomer – hvor elektroner bringes i høje kvantetilstande – bliver det muligt at realisere og visualisere kvantebølgepakker, som følger klassiske Kepler-baner i nogle omløb. Ved brug af femtosekundlasere formes og manipuleres bølgepakkerne, som derefter undersøges via ioniseringssignaler. Artiklen illustrerer, hvordan disse eksperimenter giver dyb indsigt i overgangen fra kvantemekaniske til klassiske beskrivelser – og hvor langt man kan strække de klassiske billeder, før de bryder sammen. Nathan kombinerer sin formidlingsglæde med et solidt overblik over både teori og eksperiment, og leverer en artikel, der er både inspirerende og tankevækkende for alle, der interesserer sig for atomfysikkens grundlag og grænser.

KVANT•Mar 1, 1995•0 citations

Det aktive atomur – en laser i sin reneste form

Mikkel Tang, Stefan Alaric Schäffer

Artiklen introducerer konceptet om det aktive atomur, hvor laserlys genereres direkte fra ultra-smalle atomare overgange frem for brede forstærkningsmedia. En traditionel laser forstærker et spektrum a frekvenser men filtreres af en optisk kavitet der er følsom overfor mekaniske rystelser og akustisk støj. Det aktive atomur kan væsentligt reducere følsomheden overfor eksterne støjkilder og forbedre frekvensstabiliteten af lasere dramatisk. Der gives en klar forbindelse til eksisterende atomure og deres anvendelser i GPS og fundamentale tests af fysik. Artiklen illustrerer, hvordan avanceret kvanteoptik kan føre til nye standarder for tid og frekvens. For fysikere er det et spændende indblik i frontlinjen af præcisionsmålinger.

KVANT•Dec 1, 2018•0 citations

Optiske Mikrokaviteter og En-atom Lasere

Are Flaten

Vi bruker numeriske beregninger til å studere ett et-atom to-nivå laser, hvor atomet er sterkt koblet til en feltmode i kaviteten. Vi undersøker parameterrommet til systemet. Vi finner en analytisk løsning som viser at faseinformasjonen til systemet vil forsvinne i det lange løp. Vi viser også at dette tapet skjer med en bestemt hastighet bestem av parametrene.

•Jan 1, 2015•0 citations

Kolde Atomer

Klaus Mølmer

Denne artikel tager udgangspunkt i tildelingen af Nobelprisen i fysik 1997 til pionererne indenfor laserkøling og atomfangst. Klaus Mølmer giver en grundig indføring i, hvordan laserlys anvendes til at bremse og køle atomer ned til mikro- og nanokelvin-temperaturer – temperaturer lavere end noget sted i universet. Artiklen beskriver både de teoretiske principper og de eksperimentelle teknikker, herunder impulsoverførsel og atomoptik. Der gives desuden en introduktion til anvendelser som atomure og optiske pincetter, og de seneste resultater indenfor Bose-Einstein-kondensater gennemgås med stor fysikfaglig dybde. Det er en artikel, der på en og samme tid er inspirerende, pædagogisk og videnskabeligt rig.

KVANT•Nov 1, 1997•0 citations

Retrieval of cavity embedded absorption spectrum for quantum memory applications

Robin Ekelund

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.

•Jan 1, 2014•0 citations
I denne afhandling præsenteres arbejde inden for kavitetskvanteelektrodynamik (CQED) med indfangede ioner. Der fokuseres på vekselvirkningen mellem ioner fanget i lineære rf-fælder og lysfelter i optiske resonatorer. Der rapporteres om eksperimenter foretaget to forskellige steder: 1) i Quanta Group ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) og 2) i Ionfældegruppen ved Aarhus Universitet. På MIT blev vekselvirkningen mellem en enkelt Sr-88+ ion og feltet fra en stående bølge i en kavitet undersøgt. Først demonstreredes sub-Doppler kavitetskøling med opløste sidebånd langs kavitetsaksen. Dernæst undersøgtes en ny metode til at måle temperaturen af en enkelt, laserkølet ion ved hjælp af det spredte lys i en optisk resonator med smal linjebredde; denne metode sammenlignedes med standard sidebåndsspektroskopimetoder. I Aarhus er en ny lineær rf-fælde med integreret optisk resonator blevet konstrueret. Denne større fælde burde tillade indfangning af enkelte eller store ensembler af ioner, og inkorporerer en optisk resonator, hvis spejle er højreflektive ved bølgelængderne for overgangene fra S til P tilstandene i Ca+-ionen. Samling og oplining af denne kavitetsfælde er beskrevet, og indfangning af de første ioner rapporteres. Mulighederne for fremtidige eksperimenter med denne kavitetsfælde diskuteres. Disse omfatter: En ny metode til laserkøling, undersøgelser og kontrol af såkaldte ion- Coulomb-krystaller, samt undersøgelser af dynamikken af ioner i intrakavitetsgenererede optiske potentialer.
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\LambdaΛ-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.
Ove Nathan tager læseren med på en rejse til grænselandet mellem klassisk og kvantemekanisk fysik gennem en levende udforskning af korrespondensprincippet. Med udgangspunkt i moderne eksperimenter med Rydberg-atomer – hvor elektroner bringes i høje kvantetilstande – bliver det muligt at realisere og visualisere kvantebølgepakker, som følger klassiske Kepler-baner i nogle omløb. Ved brug af femtosekundlasere formes og manipuleres bølgepakkerne, som derefter undersøges via ioniseringssignaler. Artiklen illustrerer, hvordan disse eksperimenter giver dyb indsigt i overgangen fra kvantemekaniske til klassiske beskrivelser – og hvor langt man kan strække de klassiske billeder, før de bryder sammen. Nathan kombinerer sin formidlingsglæde med et solidt overblik over både teori og eksperiment, og leverer en artikel, der er både inspirerende og tankevækkende for alle, der interesserer sig for atomfysikkens grundlag og grænser.
Artiklen introducerer konceptet om det aktive atomur, hvor laserlys genereres direkte fra ultra-smalle atomare overgange frem for brede forstærkningsmedia. En traditionel laser forstærker et spektrum a frekvenser men filtreres af en optisk kavitet der er følsom overfor mekaniske rystelser og akustisk støj. Det aktive atomur kan væsentligt reducere følsomheden overfor eksterne støjkilder og forbedre frekvensstabiliteten af lasere dramatisk. Der gives en klar forbindelse til eksisterende atomure og deres anvendelser i GPS og fundamentale tests af fysik. Artiklen illustrerer, hvordan avanceret kvanteoptik kan føre til nye standarder for tid og frekvens. For fysikere er det et spændende indblik i frontlinjen af præcisionsmålinger.
Denne artikel tager udgangspunkt i tildelingen af Nobelprisen i fysik 1997 til pionererne indenfor laserkøling og atomfangst. Klaus Mølmer giver en grundig indføring i, hvordan laserlys anvendes til at bremse og køle atomer ned til mikro- og nanokelvin-temperaturer – temperaturer lavere end noget sted i universet. Artiklen beskriver både de teoretiske principper og de eksperimentelle teknikker, herunder impulsoverførsel og atomoptik. Der gives desuden en introduktion til anvendelser som atomure og optiske pincetter, og de seneste resultater indenfor Bose-Einstein-kondensater gennemgås med stor fysikfaglig dybde. Det er en artikel, der på en og samme tid er inspirerende, pædagogisk og videnskabeligt rig.
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.