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通过压缩加速量子动力学的实验
我们通过实验证明，使用幺正压缩协议可以增强（放大）涉及量子谐振子的一大类相互作用。虽然我们的演示使用了单个被捕获的 25 Mg + 离子的运动状态和内部状态，但该方案通常适用于仅涉及单个谐振子的汉密尔顿量以及将振荡器与另一个量子自由度（如量子比特）耦合的汉密尔顿量，涵盖了量子信息和计量应用中大量感兴趣的系统。重要的是，该协议不需要了解要放大的汉密尔顿量的参数，也不需要压缩相互作用与系统动力学其余部分之间有明确的相位关系，这使得它在信号或相互作用的某些方面可能未知或不受控制的情况下非常有用，例如寻找新形式的暗物质。
连续动态解耦保护的四极跃迁和量子门
摘要 动态解耦技术是一种多功能工具，可用于设计具有定制特性的量子态。在捕获离子中，通过射频场修饰的嵌套连续动态解耦 (CDD) 层可以抵消主要的磁移和电移，从而提供电子态的极长相干时间。利用这种增强功能进行频率计量、量子模拟或量子计算，提出了将解耦与激光离子相互作用相结合以对捕获离子的电子和运动状态进行量子控制的挑战。最终，这将需要在修饰解耦状态的量子比特上运行量子门。我们在此提供捕获离子中嵌套 CDD 的紧凑表示，并将其应用于电子 S 和 D 状态以及光学四极跃迁。我们的处理提供了所有有效的跃迁频率和 Rabi 速率，以及这些跃迁的有效选择规则。在此基础上，我们讨论了结合 CDD 和 Mølmer-Sørensen 门的可能性。
质心运动的相位相干传感捕获离子晶体
捕获离子是激发离子运动的弱力和电场的灵敏探测器。这里报告了与施加的弱外力相位一致的捕获离子晶体质心运动的测量结果。这些实验是在大约 100 个离子的二维捕获离子晶体上远离陷阱运动频率进行的，并确定了我们的协议的基本测量不精确度，不受与质心模式相关的噪声的影响。通过使用振荡自旋相关光偶极力将离子晶体运动与离子的内部自旋自由度耦合来检测晶体的驱动正弦位移。由此产生的诱导自旋进动与晶体的位移幅度成正比，并以近投影噪声限制的分辨率进行测量。在一次实验测定中检测到 49 pm 的位移，信噪比为 1，这比以前的相位不相干实验提高了一个数量级。该位移幅度比零点波动小 40 倍。在我们的重复率下，8 。4 pm / √
集成光子QCCD设备中的Multizone捕获 - 离子量子控制
多路复用操作和对多个陷阱站点的扩展相干控制是大规模体系结构中陷阱离子处理器的基本要求。在这里，我们使用具有积分光子组件的表面电极陷阱来证明这些构建块，这些陷阱可扩展到大量区域。我们在两个区域中使用集成光实施了一个拉姆西序列，分别为375μm，在脉冲之间在200μs中从一个区域转移到另一个区域。为了在运输过程中实现低运动激励，我们开发了用于测量和减轻用于将集成光传递到离子的裸露介电表面的影响的技术。我们还证明了在具有低光学串扰的单独区域中对两个离子的同时控制，并使用它执行同时光谱，以将两个位点之间的场噪声相关联。我们的工作展示了集成光子离子陷阱系统中的第一个运输和连贯的多ZONE操作，这为在被困的离子量子量耦合器件架构中进一步扩展构成了基础。
具有碱土金属一氧化物和一硫化物阳离子的偶极子声子量子逻辑
在所有量子系统中，囚禁离子量子比特已证明具有最高保真度的量子操作 1–4 。因此，如果能够应对集成和扩展相关技术的挑战，它们将成为可扩展量子信息平台的有希望的候选者。这些挑战中最主要的是这种激光器的集成，这不仅是冷却离子所必需的，而且通常也是操纵量子比特所必需的。目前，正在研究两种主要方法来解决这个问题。首先，如果硅光子学中展示的能力可以扩展到与原子离子量子比特所需的可见光和紫外波长兼容的材料，那么集成光子学可以提供一种可扩展的方式来传输必要的激光器 5,6 。其次，人们正在探索几种无激光操控原子离子量子比特的方案，这些方案涉及微波场与强静态磁场梯度 8-10、微波磁场梯度 11-13、微波修饰态 14 或运动模式频率附近振荡的磁场梯度 15,16 的配对。集成光学和微波控制都需要离子阱制造技术的进步才能真正实现可扩展性。
理学硕士第三年（第五学期）
教学大纲 电动力学 (08 小时) 电动势和运动电动势、法拉第电磁感应定律和磁场中的能量、麦克斯韦方程组、麦克斯韦如何固定安培定律、物质中的麦克斯韦方程组、边界条件 电动力学中的守恒定律 (06 小时) 连续性方程、坡印廷定理、电动力学中的牛顿第三定律、麦克斯韦应力张量、动量守恒定律、角动量 电磁波 (08 小时) 一维波、真空和物质中的电磁波、物质中的吸收和弥散、导波 势与场 (07 小时) 标量势和矢量势、规范变换、库仑规范和洛伦兹规范、延迟势、 Jefimenko 方程、Lienard-Wiechert 势、移动点电荷的场辐射（06 小时）电偶极子辐射和磁偶极子辐射、任意源的辐射、点电荷辐射的功率、辐射反应电动力学和相对论（07 小时）狭义相对论和相对论力学、相对论电动力学、场张量、张量符号中的电动力学。
光晶格时钟的进展
基于光学跃迁的原子钟长期以来一直具有潜力，可以通过使用激光冷却铯原子中的射频跃迁来测量超越最新基准水平的时间和频率。研究人员已经探索了多种架构来实现这种先进的光学计时器。其中一种系统是光学晶格钟，它基于光学晶格中限制的大量超冷中性原子，具有极高的光学跃迁质量因子 [1] 。晶格钟已开发了大约十年。大量的原子数使测量能够以较低的噪声完成原子态的量子投影。在专门设计的激光势中，严格的原子限制使原子激发不受多普勒和运动效应的影响，这些效应对于未捕获的原子来说是明显的。远失谐激光势在魔法波长下工作，其中被探测电子态的光移被抵消 [2] 。在首次提出光格子钟 [3] 之后，早期演示
低温离子陷阱系统，用于附近的高保真性
捕获的离子是建造通用量子处理器的有前途的候选者，具有单量量[1]和两分（2-5]门，具有量子误差校正所需的保真度[6，7]。通常使用电动 - 二极孔 - 弗尔登过渡实现，在该过渡中，状态寿命足够长，可以通过自发排放来忽略不可忽略，从而导致几分钟[8-10]或更长的时间[11]。 量子转换通常位于在电肢体转变[12]上工作的光学结构域，或在同一歧管内的超细状态之间的微波域中[13]。 尽管超细量子位位于微波域中，但通常使用刺激的拉曼过渡与紧密聚焦的激光束进行操纵，因为短的光波长可以使单Qubit Soperion [14]和离子自由度和运动自由度之间的有效耦合[15]。 利用刺激的拉曼过渡的激光驱动的操作从根本上遭受了光子散射引起的不忠行动[16-18]。 此外，刺激的拉曼操作对大规模量子处理器的缩放是具有挑战性的，因为需要控制许多高强度激光束并与sub-µm精度对齐。 微波辐射可直接驱动超精细或采率量子[15]。 但是，由于微波辐射的自由空间波长远大于激光光的空间，因此自由空间空间选择性和微波辐射的自旋运动偶联是不切实际的。 有，在该过渡中，状态寿命足够长，可以通过自发排放来忽略不可忽略，从而导致几分钟[8-10]或更长的时间[11]。量子转换通常位于在电肢体转变[12]上工作的光学结构域，或在同一歧管内的超细状态之间的微波域中[13]。尽管超细量子位位于微波域中，但通常使用刺激的拉曼过渡与紧密聚焦的激光束进行操纵，因为短的光波长可以使单Qubit Soperion [14]和离子自由度和运动自由度之间的有效耦合[15]。利用刺激的拉曼过渡的激光驱动的操作从根本上遭受了光子散射引起的不忠行动[16-18]。此外，刺激的拉曼操作对大规模量子处理器的缩放是具有挑战性的，因为需要控制许多高强度激光束并与sub-µm精度对齐。微波辐射可直接驱动超精细或采率量子[15]。但是，由于微波辐射的自由空间波长远大于激光光的空间，因此自由空间空间选择性和微波辐射的自旋运动偶联是不切实际的。有如果一个人能够在微波场中设计出较大的空间梯度，则可以增加几个数量级的空间选择性[19]和自旋运动耦合。实现有效微波场梯度的一种方法是将远场微波与强，静态磁场梯度相结合[20-22]。然而，此方法需要辐射原子涂层技术[23 - 25]才能最大程度地减少反应性，因为量子状态状态需要对磁场敏感。另一种解决方案是将离子定位在微波电流导体的近场状态下[15，26，27]；在这里，场梯度取决于导体和导体几何形状的距离，而不是微波的自由空间波长。除了这些方法外，最近还使用射频场梯度振荡近距离接近离子的运动频率[28]，最近还证明了一种新型的自旋运动耦合。微波技术比激光技术更成熟，并且用于许多日常设备，例如移动电话。它的成本低于激光系统，并且也更容易控制。微波电路也可以直接整合到离子陷阱结构中，这有助于促进基于芯片的离子陷阱的产生，这些陷阱可缩放到量子“ CCD样”设备中[15，29 - 32]。
标题：量子光力学与量子增强超高精度测量
量子光力学的基础研究（退相干和量子引力测试、波函数坍缩以及量子和经典状态之间的转变）除了可以一窥由数十亿个原子组成的介观系统的量子行为外，还是将机械装置用作量子计量工具的第一步。微米和纳米级的机械谐振器已经用于测量具有极高灵敏度的质量和力。单个原子和分子被称重，生物分子之间的力以及与磁共振单自旋相关的力也已得到解决。虽然利用原子、光子和电子形式的量子探针推动了量子计量的许多领域的进步，但探针运动自由度中的热噪声仍然限制了可达到的精度。结合冷却和捕获的光学相互作用提供了一种无需使用低温技术即可将机械系统带入基态的工具。量子光力学不仅将提高现有机械传感器的性能（亚阿牛顿级别的力和飞米级别的位移），而且还将实现新的测量技术（例如光子数的量子非破坏测量）。
标题：量子光力学和量子增强... - EURAMET
量子光力学的基础研究（退相干和量子引力测试、波函数坍缩以及量子和经典状态之间的转变）除了可以一窥由数十亿个原子组成的介观系统的量子行为外，还是将机械装置用作量子计量工具的第一步。微米和纳米级的机械谐振器已经用于测量具有极高灵敏度的质量和力。单个原子和分子被称重，生物分子之间的力以及与磁共振单自旋相关的力已经得到解决。虽然利用原子、光子和电子形式的量子探针推动了量子计量的许多领域的进步，但探针运动自由度中的热噪声仍然限制了可达到的精度。光学相互作用结合了冷却和捕获，提供了一种无需使用低温技术即可将机械系统带入基态的工具。量子光力学不仅可以提高现有机械传感器的性能（亚阿托牛顿级的力和飞米级的位移），而且还将实现新的测量技术（例如光子数的量子非破坏性测量）。