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激光技术在量子信息科学中的应用
实验物理学的科学进步不可避免地依赖于基础技术的不断进步。激光技术可以实现受控的相干和耗散原子光相互作用，而微光学技术则可以实现标准光学无法实现的多功能光学系统。本论文报告了这两项技术的重要进展，目标应用范围从里德堡态介导的量子模拟和光镊阵列中单个原子的计算到高电荷离子的高分辨率光谱。报告了激光技术的广泛进展：通过引入机械可调透镜支架，外腔二极管激光系统的长期稳定性和可维护性得到显著改善。开发了基于类似透镜支架的锥形放大器模块。二极管激光系统由数字控制器补充，用于稳定激光频率和强度。控制器提供高达 1.25 MHz 的带宽和由商业 STEMlab 平台设定的噪声性能。此外，还开发了针对强度稳定和 Pound-Drever-Hall 频率稳定进行优化的散粒噪声受限光电探测器以及用于 MHz 范围拍音的光纤探测器。通过分析用于波长为 780 nm 的 85 Rb 激光冷却的激光系统的性能，证明了所提出技术的能力。参考激光系统稳定到由调制传输光谱提供的光谱参考。分析该光谱方案以发现高调制指数下的最佳操作。使用紧凑且经济高效的模块产生合适的信号。实现了一种基于光学锁相环的激光偏移频率稳定方案。来自参考激光系统的所有频率锁定均提供 60 kHz（FWHM）的 Lorentzian 线宽以及 10 天内 130 kHz 峰峰值的长期稳定性。基于声光调制器与数字控制器相结合的强度稳定允许在微秒时间尺度上进行实时强度控制，并辅以响应时间为 150 纳秒的采样保持功能。对激光系统的光谱特性提出了很高的要求，以实现量子态的相干激发。在本论文中，通过引入一种用于二极管激光器的新型电流调制技术来增强主动频率稳定的性能。实现了从 DC 到 100 MHz 的平坦响应和低于 90 ◦ 的相位滞后，最高可达 25 MHz，从而扩展了可用于激光频率稳定的带宽。将该技术与快速比例微分控制器相结合，实现了两个激光场，相对相位噪声为 42 mrad rms，用于驱动铷基态跃迁。通过双光子方案进行相干里德堡激发的激光系统通过从 960 nm 倍频提供 780 nm 和 480 nm 的光。从单模光纤获得的 480 nm 输出功率为 0.6 W。两个激光系统的频率都稳定在高精细度参考腔中，导致 960 nm 处的线宽为 1.02 kHz（FWHM）。数值模拟量化了有限线宽对里德堡拉比振荡相干性的影响。开发了一种类似于 480 nm 里德堡系统的激光系统，用于高电荷铋的光谱分析。先进的光学技术也是微光学镊子阵列的核心，它提供了前所未有的系统尺寸可扩展性。通过使用优化的透镜系统与自动评估程序相结合，演示了具有数千个点且阱腰小于 1 µm 的镊子阵列。使用增材制造工艺生产的微透镜阵列实现了类似的性能。微透镜设计针对制造工艺进行了优化。此外，还分析了由于抑制谐振光导致的偶极阱散射率，证明了使用锥形放大器系统生成偶极阱的可行性。
SQUID 手册。第 1 卷，SQUIDS 和 SQUID 系统的基本原理和技术
5 实用直流 SQUID：配置和性能 171 5.1 简介 172 5.2 直流 SQUID 基本设计 175 5.2.1 非耦合 SQUID 175 5.2.2 耦合 SQUID 177 5.3 磁强计 186 5.3.1 概述 186 5.3.2 用于高空间分辨率的磁强计 187 5.3.3 用于高场分辨率的磁强计 188 5.4 梯度计 193 5.4.1 概述 193 5.4.2 薄膜平面梯度计 195 5.4.3 线绕轴向梯度计 198 5.5 1/ f 噪声和在环境场中的操作 200 5.5.1 关于 1/ f 噪声的一般说明 200 5.5.2 临界电流波动 200 5.5.3 热激活涡旋运动 201 5.5.4 涡旋的产生 203 5.5.5 降低涡旋运动产生的 1/ f 噪声 205 5.5.5.1 概述 205 5.5.5.2 涡旋钉扎 205 5.5.5.3 窄线宽器件结构 206 5.5.5.4 通量坝 207 5.6 其他性能下降效应 208 5.6.1 磁滞 208 5.6.2 射频干扰 209 5.6.3 温度波动和漂移 210
用于集成量子技术的可调和可转移金刚石膜
摘要：金刚石中的色心在量子技术中被广泛探索为量子比特。然而，在设备异质结构中有效和高效地集成这些金刚石承载的量子比特方面仍然存在挑战。在这里，通过“智能切割”和同位素（12C）纯化过度生长合成了纳米级厚度的均匀金刚石膜。这些膜具有可调的厚度（显示为 50 至 250 纳米），是确定性可转移的，具有双边原子平坦表面（R q ≤ 0.3 纳米）和块状金刚石结晶度。色心是通过注入和原位过度生长掺入来合成的。在 110 纳米厚的膜内，单个锗空位（GeV − ）中心在 5.4 K 下表现出稳定的光致发光，平均光学跃迁线宽低至 125 MHz。单个氮空位 (NV − ) 中心的室温自旋相干性显示 Ramsey 自旋失相时间 ( T 2 * ) 和 Hahn 回波时间 ( T 2 ) 分别长达 150 和 400 μ s。该平台可将承载相干色心的金刚石膜直接集成到量子技术中。关键词：金刚石、色心、量子信息科学、异质结构、量子传感
基于超肉带近红外等离子电子光检测
摘要。窄带光进行是用于材料分析和传感的重要测量技术，例如非分散红外传感技术。已经探索了光活性材料工程和纳米光子过滤方案，以实现波长选择的光电检测，而大多数设备的响应性带宽大于操作波长的2％，从而限制了感知性能。在Au/Si Schottky纳米结中，通过实验证明了带宽小于0.2％的近红外照相检测。通过仔细尾随纳米结构中的吸收性和辐射损失，在1550 nm的波长下获得了光电响应的最小线宽。使用波纹的AU膜在芯片上实现了多个功能，包括窄带共振，用于传感和光电检测的光收集以及用于热电子发射的电极。受益于与原位光电传感信号和超核会共振的原位光电转换，通过简单的强度询问进行了独立的芯片生物传感，在Glucose解决方案的浓度下降至0.0047％，用于Glucose解决方案和150 ng ng ml for Rabbit Bitbit Igg。在现场传感，光谱，光谱成像等中应用的这种技术的有希望的潜力。
顺序刷接枝用于嵌段共聚物化学和尺寸耐受性的定向自组装
摘要：我们报告了一种嵌段共聚物 (BCP) 定向自组装 (DSA) 的方法，其中第一层 BCP 膜部署均聚物刷或“墨水”，这些刷或“墨水”在现有聚合物刷上方的聚合物膜热退火期间通过聚合物分子的相互渗透依次接枝到基材表面。通过选择具有所需化学性质和适当相对分子量的聚合物“墨水”，可以使用刷相互渗透作为一种强大的技术，以与 BCP 域相同频率生成自配准的化学对比模式。结果是一种对引导模式中的尺寸和化学缺陷具有更高容忍度的工艺，我们通过使用均聚物刷作为引导特征而不是更坚固的可交联垫来实现 DSA 来展示这一点。我们发现使用“油墨”不会影响线宽粗糙度，并且通过实施稳健的“干剥离”图案转移，验证了 DSA 作为光刻掩模的质量。关键词：定向自组装、嵌段共聚物、薄膜、先进光刻、缺陷率■ 简介
采用螺旋激光干涉曝光法的大面积无缝纳米图案圆柱模具制造系统
摘要 随着纳米技术领域的进步，纳米图案化不仅在高附加值产品中得到广泛应用，而且在廉价产品中也得到广泛应用。此外，大规模生产廉价产品所需的技术，如连续卷对卷 (R2R) 工艺，正在迅速兴起。人们对亚微米和纳米模具的制造进行了广泛的研究。在这项研究中，我们提出了一种激光干涉曝光来制造可用于连续卷对卷图案化的纳米图案圆柱形模具。此外，我们还展示了使用棱镜在圆柱体（长度为 300 毫米，直径为 100 毫米）上制造无缝图案的螺旋曝光工艺。使用 UV 树脂将图案转移到平面模具上，并使用场发射扫描电子显微镜进行测量；测量结果显示图案均匀，具有纳米图案线宽（75 纳米）和亚微米周期（286 纳米）。观察结果表明，使用激光干涉光刻制造卷模的方法是一种快速可靠的无缝图案化方法。
金刚石中相干锡空位自旋的变换限制光子
将相干光学跃迁与长寿命自旋量子比特耦合的固态量子发射器对于量子网络至关重要。我们在此报告了金刚石纳米结构中单个锡空位 (SnV) 中心的自旋和光学特性。通过低温磁光和自旋光谱，我们验证了 SnV 的反演对称电子结构，识别了自旋守恒和自旋翻转跃迁，表征了跃迁线宽，测量了电子自旋寿命，并评估了自旋失相时间。我们发现，即使在纳米制造结构中，光学跃迁也与辐射寿命极限一致。自旋寿命受声子限制，指数温度缩放导致 T 1 > 10 毫秒，相干时间 T 2 在冷却至 2.9 K 时达到核自旋浴极限。这些自旋特性超过了其他反演对称色心的自旋特性，而这些色心的类似值需要毫开尔文温度。 SnV 结合了相干光学跃迁和长自旋相干性，无需稀释制冷，是可行且可扩展的量子网络应用的有希望的候选者。
改善囚禁离子量子比特的相干量子控制
量子计算面临的挑战之一是由于噪声引入的相位随机化导致相干性丧失。对于基于离子阱的量子计算机，相干性受到磁场波动和用于量子比特操作的激光器线宽的限制。本论文致力于通过使用永磁体改善磁场稳定性来增强相干性，并建立一个测试装置来减少光纤激光线宽的加宽。以前使用线圈来产生磁场。它们的稳定性受到电流驱动器噪声的限制。为了提高磁场稳定性，线圈已被永磁体取代。设计了两个固定永磁体的框架，并进行了 3D 打印，然后安装在实验中。安装后，使用 Ramsey 测量法获得 1 / √ e 相干时间 τ sens = (489 ± 21) µ s 和 τ insens = (1540 ± 80) µ s，用于量子比特状态的塞曼子能级之间对磁场的更敏感和更不敏感的跃迁，而使用线圈时，τ sens = (491 ± 25) µ s 和 τ insens = (1254 ± 53) µ s。从这些结果中，我们能够推断出磁场和激光频率波动的均方根 (RMS)，无论是在使用线圈还是永磁体时，p
金刚石中相干锡空位自旋的变换限制光子
将相干光学跃迁与长寿命自旋量子比特耦合的固态量子发射器对于量子网络至关重要。我们在此报告了金刚石纳米结构中单个锡空位 (SnV) 中心的自旋和光学特性。通过低温磁光和自旋光谱，我们验证了 SnV 的反演对称电子结构，识别了自旋守恒和自旋翻转跃迁，表征了跃迁线宽，测量了电子自旋寿命，并评估了自旋失相时间。我们发现，即使在纳米制造结构中，光学跃迁也与辐射寿命极限一致。自旋寿命受声子限制，指数温度缩放导致 T 1 > 10 毫秒，相干时间 T 2 在冷却至 2.9 K 时达到核自旋浴极限。这些自旋特性超过了其他反演对称色心的自旋特性，而这些色心的类似值需要毫开尔文温度。 SnV 结合了相干光学跃迁和长自旋相干性，无需稀释制冷，是可行且可扩展的量子网络应用的有希望的候选者。
通过多任务学习跨工程机队的知识转移的等级贝叶斯建模
摘要 - 我们提出并在实验上基于双波长DFB激光器，基于四个相移的Moiré光栅（4PS-SMG）。通过在山脊波导的每一侧设计4PS光栅，在腔内的两侧进行了等效的引入，从而实现了两种π相移，从而使设备能够展示双波长激光。山脊波导每一侧的4PS-SMG的采样周期分别为4668 nm和4609 nm。可以通过电子束光刻（EBL）以高质量实现采样周期的59 nm差异。此外，侧壁光栅结构只需要一个暴露才能定义山脊波导和光栅，从而避免了与光栅和山脊波导之间的未对准有关的问题。将电流注入130 mA至210 mA范围内的DFB激光器时，该设备会提供出色的双波长性能，其功率差在两种主要模式之间的功率差不到2 dB。该设备在39.4 GHz处提供高质量的射频（RF）信号，狭窄的线宽约为5.0 MHz。索引项 - 毫米波，双波长DFB激光器，DFB半导体激光器，采样Moiré光栅。