Advanced Physics of Nanosystems

Ähnliche Dokumente
Universelle Quantengatter

Quantencomputer mit Spins in Quantenpunkten

Motivation Physikalische Systeme Grundlagen Beispielhafte Arbeiten Eigene Arbeiten

Grundlagen des Quantencomputers

Kohärenz, Verschränkung und Verschränkungsmaße I

Dompteure der Quanten Physik des Nobelpreises 2012

Quanteninformation und mögliche Anwendungen in der Kommunikationstechnik

Teleportation mit Photonen und Ionen

Proseminar CiS November Quantencomputer. Tom Petersen

32. Lektion. Laser. 40. Röntgenstrahlen und Laser

Quantencomputer. Tobias Tyborski HU Berlin

Zweiphotoneninterferenz

Grundzüge der Quantenoptik

Inhalt. Quantenbits, -gatter, -register. Einleitung. Seminar über Quantencomputer. Klassische Betrachtungsweise. Klassisches Modell

Atominterferometrie. Atominterferometrie. Humboldt- Universität zu Berlin. Institut für Physik. Seminar Grundlagen der Quantenphysik

Motivation Phasenbestimmung

Tomographie eines Zweiniveau-Systems

Die Stoppuhren der Forschung: Femtosekundenlaser

Quanten Fourier Transformation & Shors Faktorisierungs Algorithmus

Prof. Christian von Borczyskowski. Photonische Materialien Vorlesung Montag 15:30-17:00 Raum 2D 221

Seminar: Quantenmechanik und Quantencomputer Vortrag 9: Optische Photonen Inhaltsverzeichnis

Dekohärenz Wolfgang Schweinberger. Michael Ramus, 1991 American Institute of Physics.

Physikalische Realisierung von Quantencomputern

Einführung Grundlagen Die Theorie der Ratengleichungen Verfeinerte Theorien. Der Laser. Florentin Reiter. 23. Mai 2007

Verschränkung. Kay-Sebastian Nikolaus

1 Grundprinzipien des Lasers Licht im Hohlraum Atome im Laserfeld Ratengleichungen Lichtverstärkung 13

NEUTRONEN RESONANZ SPIN ECHO NRSE

Schrödinger Katzen und Messung von Photonenfeldern

14. Atomphysik. Inhalt. 14. Atomphysik

Quantenelektrodynamik mit supraleitenden Schaltkreisen I

Laserphysik. Physikalische Grundlagen des Laserlichts und seine Wechselwirkung mit Materie von Prof. Dr. Hans-Jörg Kuli. Oldenbourg Verlag München

Proseminar für Quanteninformation und Quantencomputer. Vorbesprechung

Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987)

Klassische Bloch-Gleichungen: mechanisches Zwei-Niveau-System

14. Atomphysik Physik für E-Techniker. 14. Atomphysik

Festkörperelektronik 2008 Übungsblatt 5

Simulation eines Quantencomputers

Ultrakurze Lichtimpulse und THz Physik

Cluster-Struktur in Kernen. Cluster: Aus mehr als einem Nukleon zusammengesetzten und identifizierbarem Subsystem

Elektromagnetisch induzierte Transparenz (EIT) Langsames Licht

Optische Gitter. Vorlesung: Moderne Optik

Advanced Physics of Nanosystems

Weißlichterzeugung. - Supercontinnum generation in photonic crystal fibers - Jens Brauer Physik (Master) 14. Februar 2012

Photonen in Astronomie und Astrophysik Sommersemester 2015

Theoretische Physik 4 - Blatt 1

Elektronen Phononen Wechselwirkung

Grundlagen. Erzeugung ultrakurzer Lichtpulse Bedeutung der spektralen Bandbreite Lasermoden und Modenkopplung. Optische Ultrakurzpuls Technologie

V. Optik in Halbleiterbauelementen

zeitabhängige Schrödinger-Gleichung

14. Atomphysik Aufbau der Materie

Quantenmechanik in einer Paul-Falle. Seminarvortrag von Christian Piltz

Polarisation und Zwei-Niveau-Systeme

Laserzündung von Verbrennungsmotoren

Das Jaynes-Cummings-Modell

Einzelne Photonen für die Quanteninformationsverarbeitung

Quanteninformation/ Quantencomputer

Kapitel 7: Elektronische Spektroskopie

TP2: Elektrodynamik WS Arbeitsblatt 10 21/ Dipole und Multipole in stationären Feldern

Optische Gitter. Vorlesung: Moderne Optik

Winkelkorrelation. Marcel Köpke & Axel Müller (Gruppe 144)

Vortrag zur. Quantenteleportation. Sebastian Knauer Institut für Physik Humboldt-Universität zu Berlin. S.Knauer. Einleitung.

Grundlagen der magnetischen Kernresonanz

epulste Feldgradienten (PFG)-NMR zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten

Vierwellenmischen und Anwendungen

1.4 Streuung an Kristallen

Moderne Optik. Schwerpunkt Quantenoptik. Vorlesung im Wintersemester 2012/2013. Prof. Dr. Gerhard Birkl

Probestudium der Physik 2011/12

Quanten-Zeno-Effekt. Antonia Karamatskos Quanten-Zeno-Effekt 1

27. Wärmestrahlung, Quantenmechanik (Abschluß: Welle-Teilchen-Dualismus

Experimentelle Ansätze von Quantencomputern

Messprotokoll: Aufnahme der Quantenzufallszahl

Musterlösung 02/09/2014

Adiabatisches Quantencomputing

Erzeugung Hoher Harmonischer (HHG) und as X-rays

Laserlicht Laser. Video: Kohärenz. Taschenlampe. Dieter Suter Physik B Grundlagen

Strahlungslose Übergänge. Pumpen Laser

CP-Verletzung im K-System

Visualisierungen ein Schlüssel zu moderner Quantenphysik

Zusätzliche Aspekte der Absorbtion und Emission von Photonen

Ultrakurzpuls Lasersysteme

Vorlesung 25: Roter Faden: Magnetische Effekte im H-Atom Periodensystem Röntgenstrahlung Laser

Seminar zur Nanoelektronik 2008: Quantencomputer. Jan-Philip Gehrcke. Julius-Maximilians-Universität Würzburg. 17. Juli 2008

Bild:Dali : Zerfliessende Uhren. Zeitmessungen

Schnitte von Fraktalen

Vorbemerkung. [disclaimer]

Elemente optischer Netze

Bewegungen: Parameter

QU Darstellung durch 1-Partikel-System mit zwei Eigenzuständen 0 und 1. (z.b. Spin, Polarisierung, Grund- und erregter Zustand eines

Photonische Kristalle für die integrierte optische Quantentechnologie. Tim Kroh am Seminar Optik/Photonik

Quantentechnologien. Perspektiven und Möglichkeiten. für Österreich

UniversitätQ Osnabrück Fachbereich Physik Dr. W. Bodenberger

Multipuls-NMR in der Organischen Chemie. 1 H, 1 H, 1 H Relayed-COSY und TOCSY

Quantenzahlen. A B z. Einführung in die Struktur der Materie 67

1 Analytische Geometrie und Grundlagen

Quantenphysik. Teil 3: PRAKTISCHE AKTIVITÄTEN

Abschlussprüfung an Fachoberschulen im Schuljahr 2002/2003

Mit Quanten kann gerechnet werden

Transkript:

Ein optisch definiertes Quantenbit wird in D. Press et al., Nature 456, 218 (2008) vorgestellt. Es wird in einem InAs Quantenpunkt realisiert, und basiert auf einem doppelten Lambda-System. Ein typisches Lambda-System ist in der rechts stehenden Abbildung durch das grüne Dreieck gekennzeichnet. Es beschreibt ein Spin-System, welches durch drei lambdaförmig angeordnete Energieniveaus beschrieben und durch Lichteinstrahlung kontrolliert werden kann. In der gezeigten Arbeit kann das Doppel-Lambda-System als effektives Zwei-Niveau System mit Übergangsfrequenz Ω eff betrachtet werden, wie im rechten Teil der Abbildung gezeigt. Zum Lösen dieses s ist diese Darstellung ausreichend! a) Beschreiben Sie, ohne auf Details der Messung einzugehen, anhand der fünf DiVincenzo Kriterien, wie das Qubit in optischen Quantepunkt definiert ist, und wie es kontrolliert und manipuliert werden kann. b) Die Autoren demonstrieren vollständige Kontrolle über die Bloch-Kugel, also die Implementierung eines beliebigen Ein-Qubit-Gatters. Welche Rotationen werden hierfür benötigt, und wie werden sie erzeugt? c) Erläutern Sie qualitativ anhand der Bloch-Kugel, wie Rabi- und Ramsey-Messungen funktionieren! Welche Informationen können aus diesen Messungen gewonnen werden? d) Nennen Sie zwei Vorteile, die nach Meinung der Autoren das beschriebene optisch definierte Qubit auszeichnen! Diskutieren Sie weitere Vor- und Nachteile!

Voigt Geometrie: InAs Quantenpunkt: ω L mit Larmor-Frequenz gμbb ω L = = δ e = 2π 26.3 GHz @ B = 7T

Stimulierte Emission, Raman-Streuung und Stimulierte Raman-Streuung: Stimulierte Emission: Stimulierte Raman-Streuung: Raman Streuung: Stokes Rayleigh Anti-Stokes from: http://bernstein.harvard.edu/cars-why.htm

(Doppel)-Lambda-System: Ω = eff ΩHΩ Δ V gμ B B ω L = =

a) Beschreiben Sie, ohne auf Details der Messung einzugehen, anhand der fünf DiVincenzo Kriterien, wie das Qubit in optischen Quantepunkt definiert ist, und wie es kontrolliert und manipuliert werden kann. Di Vincenzo Kriterien (1) Skalierbares System aus wohldefinierten Qubits: Zwei Spinzustände in einem optisch definierten Halbleiter-Quantenpunkt definieren Quanten-2-Niveau-System (2) Initialisierung: Optisches Pumpen ( ) in Kombination mit spontanem Zerfall höherer Zustände versetzt das System in den Grundzustand (3) Kohärenz: T 1 =?, T 2?, aber T 2 * = 185 ps ( ) ( ) (4) Universeller Satz von Quantengattern: Vollständige kohärente Kontrolle des Spinzustands mit Hilfe von optisch erzeugen Picosekunden-Pulsen: beliebiges 1-Qubit Gatter gezeigt, (5) Qubitspezifische und genaue Zustandsmessung: Optisches Pumpen ( ) und Messung der Emission ( ) mit Einzelphotonenzähler misst die Population in

b) Die Autoren demonstrieren vollständige Kontrolle über die Bloch-Kugel, also die Implementierung eines beliebigen Ein- Qubit-Gatters. Welche Rotationen werden hierfür benötigt, und wie werden sie erzeugt? Voraussetzung: Rotationen auf der Bloch-Kugel um beliebige Drehachsen mit beliebigem Drehwinkel. Kontrolle des Drehwinkels: Rabi Oszillationen: - Variation der Leistung des breitbandigen, kurzen Rotationspulses: Kontrolle der Drehachse: Ramsey Experiment: - Variation der Verzögerung τ zwischen den beiden Drehpulsen:

b) Die Autoren demonstrieren vollständige Kontrolle über die Bloch-Kugel, also die Implementierung eines beliebigen Ein- Qubit-Gatters. Welche Rotationen werden hierfür benötigt, und wie werden sie erzeugt? Kombination beider Parameter:

3: Gekoppelte Quantenpunkte 10.11.2011 1.) Coherent Manipulation of Coupled Electron Spins in Semiconductor Quantum Dots c) Erläutern Sie qualitativ anhand der Bloch-Kugel, wie Rabi- und Ramsey-Messungen funktionieren! Welche Informationen können aus diesen Messungen gewonnen werden? Rabi: Messung von T decay Ramsey: Messung von T 2 * (benötige Spin-Echo für T 2 ) θ τ τ τ π/2 π/2

d) Nennen Sie zwei Vorteile, die nach Meinung der Autoren das beschriebene optisch definierte Qubit auszeichnen! Diskutieren Sie weitere Vor- und Nachteile! (1) Schnelle Kontrolle auf ps-zeitskala: Pulsdauer: 4 ps Sequenzdauer: << Larmor-Periode von 38 ps Im Vergleich dazu sind typische Gatterzeiten z.b. bei austauschdefinierten Qubits (vgl. 3) mehrere 100 ps! (2) Information direkt als optische Photonen abrufbar: : Ideal für Quanteninformationsverarbeitung, Photonen können einfach weiter genutzt werden