Komtur-Preis 2022
Robin Thomm für seine Master-Arbeit "State Detection of Trapped Magnesium Ions"
Robin Thomm
Betreuer: Prof. Dr. Tobias Schaetz
Kurzübersicht:
Die Zustandsdetektion ist für Experimente jeglicher Art von zentraler Bedeutung, gerade in der Quantenmechanik jedoch hochgradig nichttrivial. In dieser Arbeit wurden Methoden zur Detektion der verschiedenen Zustände von gefangenen Ionen angewendet und erweitert. Des Weiteren wurde die Präparation verschiedenster klassischer und quantenmechanischer Zustände untersucht, und dabei die neuen Detektionsmethoden experimentell charakterisiert.
Abstract:
Quantensimulationen haben das Potential, einerseits unzugängliche Effekte experimentell zu studieren um unser Verständnis von Quantensystemen zu verbessern und andererseits Eigenschaften von Molekülen und Materialien erheblich besser vorhersagen zu können. Um diese Ziele zu erreichen, ist die präzise Präparation, Manipulation und Detektion der Zustände der beteiligten quantenmechanischen Systeme unerlässlich.
In dieser Arbeit wurde die Zustands-Präparation und Detektion an einzelnen Magnesium Ionen untersucht. Diese Ionen werden durch elektrische Felder räumlich gefangen und können mithilfe von präzisen Laserpulsen und anderen elektromagnetischen Feldern manipuliert werden.
Es wurden unterschiedliche Verfahren angewendet und erweitert um die verschiedenen Quanten-Zustände präzise, effizient und vollständig durch Spin-Tomographie oder Rekonstruktion ihrer Wigner Funktion zu bestimmen. Des Weiteren wurden, unter Verwendung der neuen Detektionsmethoden, diverse Methoden zur Präparation von klassischen und nicht-klassischen Quanten-Zuständen untersucht und das kohärente Zusammenspiel verschiedener Methoden ermöglicht. Zudem wurde überprüft, welche Zustände momentan an der Experimentellen Plattform realisiert werden können.
Die in dieser Arbeit vorgestellten Verbesserungen und Methoden erweitern die am Experiment für Quantensimulationen zur Verfügung stehenden Methoden erheblich, insbesondere im Hinblick auf die kohärente Kontrolle der Ionen und die Detektion von nicht-klassischen Quanten-Zuständen.