Optická detekce pohybu částic v laserem chlazeném plazmatu
| Thesis title in Czech: | Optická detekce pohybu částic v laserem chlazeném plazmatu |
|---|---|
| Thesis title in English: | Optical detection of particle motion in laser-cooled plasma |
| Academic year of topic announcement: | 2022/2023 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | čeština |
| Department: | Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP) |
| Supervisor: | Mgr. Michal Hejduk, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 25.01.2023 |
| Date of assignment: | 02.02.2023 |
| Confirmed by Study dept. on: | 21.04.2023 |
| Guidelines |
| Seznámení se s experimentální aparaturou.
Návrh optické kavity a výrobního procesu. Příprava experimentu s kavitou a ukázka funkčnosti kavity. |
| References |
| Batelaan, H. “Colloquium: Illuminating the Kapitza-Dirac Effect with Electron Matter Optics.” Reviews of Modern Physics 79, no. 3 (July 13, 2007): 929–41. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.79.929.
Takahashi, Hiroki, Jack Morphew, Fedja Oručević, Atsushi Noguchi, Ezra Kassa, and Matthias Keller. “Novel Laser Machining of Optical Fibers for Long Cavities with Low Birefringence.” Optics Express 22, no. 25 (December 15, 2014): 31317–28. https://doi.org/10.1364/OE.22.031317. Anderson, Sarah E., and Georg Raithel. “Ionization of Rydberg Atoms by Standing-Wave Light Fields.” Nature Communications 4, no. 1 (December 16, 2013): 2967. https://doi.org/10.1038/ncomms3967. |
| Preliminary scope of work |
| Lasery se dnes standardně používají k chlazení volných iontů na teploty nižší než 1 mK (což se využívá v kvantových počítačích). Elektrony se však stejnými metodami chladit nedají. Pokud by se ale povedlo najít vhodnou metodu, otevřelo by to cestu novým qubitovým architekturám. Při srovnatelné teplotě je totiž debrogliovská vlnová délka elektronů více než 40krát delší než u iontů, což je řádově srovnatelné s vlnovými délkami infračervených laserů a pouze o řád menší než rozestup mezi iontovými qubity v Paulově pasti. Tím, že by se např. laserem chlazené ionty fotoionizovaly, by šlo vytvořit elektrony s tak nízkou kinetickou energii (s milikelvinovou teplotou), že by efektivně mohly interagovat se stojatým vlněním generovaným zmíněnými lasery, což otevře nové možnosti pro manipulaci elektronovými qubity.
Hlavním úkolem diplomové práce bude navrhnout experiment, v němž bude stojaté elektromagnetické vlnění v optické kavitě využito k detekci pohybu částic zachycených v Paulově pasti. Student stanoví nutné podmínky pro realizaci interakce elektronů s optickou kavitou a představí technické řešení a provede studii proveditelnosti. |
| Preliminary scope of work in English |
| Today, scientists leverage lasers to cool ions to temperatures below 1 millikelvin, a technique that is essential in the development of quantum computers. However, cooling electrons to similar temperatures remains a challenge. But if a suitable method is discovered, it could pave the way for new qubit architectures. At comparable temperatures, the de Broglie wavelength of electrons is more than 40 times longer than that of ions, making it similar in size to infrared laser wavelengths and only slightly smaller than the spacing between ion qubits in an ion trap quantum computer. At these ultra-cold temperatures, electrons (created through methods such as photoionising laser-cooled ions) have such low kinetic energy that they can effectively interact with standing laser waves, opening up new possibilities for electron qubit manipulation.
The main objective of this thesis is to design an experiment that utilises standing electromagnetic waves in an optical cavity to detect the movement of particles trapped in a Paul trap. The student's task is to determine the conditions required for electron interaction using the optical cavity, present a technical solution, and conduct a feasibility study. |