Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu

PODHORA, Lukáš

EN SKPřihlásit se Přihlásit se (EduID)

Theses b1g6tl

Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu – Mgr. Lukáš PODHORA

Mgr. Lukáš PODHORA

Disertační práce

Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu

Quantum optics experiments with trapped ions

Abstract:

A single trapped ion has proved to be one of the most convenient physical systems to realize and experimentally control the quantum bit, which is implemented as a superposition of a two-level system between two distinct energy levels. Additionally, the perfect isolation from surrounding environment of a single ion in a Paul trap placed in vacuum chamber provides a way to experimentally realize the harmonic oscillator level scheme. Together, these two physical systems allow for experimental realization of Jaynes-Cummings and anti-Jaynes-Cummings interactions, which provide a deterministic control over the motional degree of freedom in means of atom-light interaction. Such experimental systems have already been proven useful for enhanced quantum sensing, quantum computation, quantum communication and other areas of recent scientific interest. This thesis summarizes our experimental work devoted to generation and control over the non-classical quantum states of motion. The discrete building blocks of such states are the number states with exactly defined amount of energy. In the first presented experiment, we realize a generation of number states, with a main focus on characterization of their non-classical properties with respect to the controllable amount of added thermal energy. The crucial concept implemented to states' characterization is a 'quantum non-Gaussianity', which sets the limit on states achievable by application of any combination of coherent displacement or squeezing on a ground state. The results uncover that even for the sufficiently high amount of added thermal noise the crucial quantum non-Gaussian features are preserved, and such states can provide a significant enhancement of metrological sensitivity. Additional two experiments present a novel method of non-classical states generation which takes advantage of the increasing initial thermal energy. The heart of the generation process lies in the repetitive application of Jaynes, or anti-Jaynes-Cummings interactions to the initial thermal state. The motional population eventually converges towards the determined mixture of discrete energy levels, a process which we denote as an 'accumulation'. By evaluation of criteria of non-classicality and quantum non-Gaussianity, we prove that the overall amount of the non-classical aspects in resulting states is clearly enhanced by the repetition of the deterministic interaction process and also by increasing energy of the initial thermal distribution. …více

Abstract:

Jednotlivé atomy držené v Paulově pasti patří k nejvhodnějších fyzikálních systémům pro experimentální kontrolu kvantového bitu, který je realizován jako superpozice dvouhladinového systému mezi dvěma rozdílnými energetickými hladinami. Dokonalá izolace atomu od okolního prostředí v Paulově pasti umístěné ve vakuové komoře umožňuje také realizovat hladinové schéma harmonického oscilátoru. Vzájemným provázáním pohybového stuplně volnosti a dvouhladinového systému vzniká možnost realizace Jaynes-Cummings a anti-Jaynes-Cummings interakcí, které poskytují deterministickou kontrolu pohybového stupně volnosti s využitím principů interakce záření a látky. Tyto experimentální interakce se ukazují jako užitečné pro vývoj kvantových sensorů, kvantovém počítání, komunikaci a v dalších oblastech souvisejícího výzkumu. Tato disertace shrnuje naši experimentální práci věnovanou tvorbě a kontrole neklasických kvantových stavů pohybu. Základem těchto stavů jsou číselné stavy pohybu s přesně definovanou energií. V prvním z~prezentovaných experimentů realizujeme generaci těchto číselných stavů a zaměřujeme se především na charakterizaci jejich neklasických vlastností v~souvislosti s~množstvím přidané tepelné energie. Klíčovým konceptem použitým k~charakterizaci vytvořených stavů je "kvantová ne-Gaussovost", která určuje, jestli je možné dané pohybové stavy vytvořit pomocí kombinace koherentních operací nebo stlačení aplikovaných na základní stav. Výsledky experimentu ukazují, že i při výrazném množství přidaného tepelného šumu jsou klíčové ne-Gaussovské vlastnosti zachovány, a vytvořené stavy mohou poskytovat významné zvýšení metrologické citlivosti. Další dva experimenty představují novou metodu generace neklasických stavů pohybu, která využívá počáteční termální energii vstupního stavu oscilátoru. Základním principem generace je opakovaná aplikace Jaynes nebo anti-Jaynes Cummings interakce na počáteční termální pohybový stav. Populace pohybových stavů směřuje k přesně dané směsi diskrétních energetických hladin, což je proces, který definujeme jako "akumulace". Výpočtem kritérií neklasičnosti a kvantové ne-Gaussovosti se podařilo dokázat, že celkové množství neklasických vlastností ve vytvořených stavech se zvyšuje s~množstvím opakování interakce a také s rostoucí energií počátečního termálního stavu. …více

Keywords

kvantový stav kvantová neklasičnost a ne-Gaussovost Jaynes-Cummings a anti-Jaynes-Cummings interakce chycený ion mechanický oscilátor

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 6. 3. 2024

Obhajoba závěrečné práce

Vedoucí: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D., prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.

Citační záznam

Citovat tuto práci

Citace dle ISO 690:

PODHORA, Lukáš. \textit{Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu}. Online. Disertační práce. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta. 2024. Dostupné z: https://theses.cz/id/b1g6tl/.

@PhdThesis{PODHORA2024thesis,
AUTHOR = "PODHORA, Lukáš",
TITLE = "Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu [online]",
YEAR = "2024 [cit. 2024-07-06]",
TYPE = "Disertační práce",
SCHOOL = "Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakultaOlomouc",
NOTE = "SUPERVISOR: prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D., prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.",
URL = "https://theses.cz/id/b1g6tl/",
}

@PhdThesis{PODHORA2024thesis,
AUTHOR = {PODHORA, Lukáš},
TITLE = {Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu},
YEAR = {2024},
TYPE = {Disertační práce},
INSTITUTION = {Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta},
LOCATION = {Olomouc},
SUPERVISOR = {prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D., prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.},
URL = {https://theses.cz/id/b1g6tl/},
URL_DATE = {2024-07-06},
}

{{Citace kvalifikační práce
 | příjmení = PODHORA
 | jméno = Lukáš
 | instituce = Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta
 | titul = Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu
 | url = https://theses.cz/id/b1g6tl/
 | typ práce = Disertační práce
 | vedoucí = prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D., prof. Mgr. Radim Filip, Ph.D.
 | rok = 2024
 | počet stran =
 | strany =
 | citace = 2024-07-06
 | poznámka =
 | jazyk = 
}}

Jak správně citovat práci

PODHORA, Lukáš. Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu. Olomouc, 2024. disertační práce (Ph.D.). UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI. Přírodovědecká fakulta

Plný text práce

Obsah online archivu závěrečné práce

Zveřejněno v Theses:

světu

Jak jinak získat přístup k textu

Instituce archivující a zpřístupňující práci: UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI, Přírodovědecká fakulta

Odkaz na soubor do lokálního úložiště instituce

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika / Optika a optoelektronika

Práce na příbuzné téma

Generace neklasického světla v teplém atomovém obláčku
Lukáš PODHORA
Kvantitativní srovnání exaktního řešení a Hartree-Fockovy aproximace základního stavu ve zjednodušeném kvantovém modelu
Anna MALINOVÁ
Neklasická a koherentní emise z chycených iontových krystalů
Petr OBŠIL

Název

Vložil

Vloženo

Práva

Theses b1g6tl b1g6tl/2

7. 3. 2024

Složky

Soubory

thesis PodhoraLukas_PhD_2024.pdf

MARKLOVÁ, E.

8. 3. 2024

Co je jinak přidání souboru

Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.
Co je jinak další operace se soubory

Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.
Co je jinak pohled pro experty

Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.
Co je nové vyhledávání souborů

Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.
Co je nové rychlý přístup k souborům

Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.
Co se chystá

Připravujeme další vylepšení pro mobilní zařízení.

Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu – Mgr. Lukáš PODHORA

Mgr. Lukáš PODHORA

Disertační práce

Experimentální kvantově ne-Gaussovské stavy chyceného iontu

Quantum optics experiments with trapped ions

Abstract:

Abstract:

Keywords

Obhajoba závěrečné práce

Citační záznam

Citace dle ISO 690:

Jak správně citovat práci

Plný text práce

Obsah online archivu závěrečné práce

Jak jinak získat přístup k textu

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Práce na příbuzné téma

Složky

Soubory

Co je jinak přidání souboru

Co je jinak další operace se soubory

Co je jinak pohled pro experty

Co je nové vyhledávání souborů

Co je nové rychlý přístup k souborům

Co se chystá