Quantum gates on trapped ions

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Die Realisierung eines Quanten-Rechners erfordert zunächst die Demonstration quanten-logischer Operationen ("Gatter") in realen physikalischen Systemen. Individuelle elektrodynamisch gespeicherte Ionen sind eines der wenigen hierfür vorgeschlagenen realisierbaren Systeme. Um die grundsätzliche Anwendbarkeit dieses Systems zu prüfen, sind zunächst wenige Ionen durch Strahlungswechselwirkung zu präparieren, individuell anzusprechen, zu manipulieren und abzufragen. Wir wollen eine innere Anregung und zwei verschiedene Schwingungsanregungen eine 138Ba+-Ions in einem elektrodynamischen Ionenkäfig ("Paul-Falle") koppeln zur Darstellung solcher Operationen. Die Ermittlung der Dekohärenz und die Erforschung quanten-logischer Operationen in einem System mit Dekohärenz sind weitere Aufgaben. Ferner sollen je ein innerer Freiheitsgrad von zwei und drei 138Ba+ - oder 171Yb-Ionen in einem linearen elektrodynamischen Käfig durch die äußeren Freiheitsgerade der kollektiven Schwingungen gekoppelt werden. Innerer Freiheitsgrad jedes Ions ist dabei ein dipol-verbotener optischer Übergang oder ein Hyperfein-Grundzustandsübergang. Die Analyse der Ionenkopplung durch eine kollektive Schwingungsmode soll ergeänzt werden durch die Darstellung eines Gatters aus mehreren Ionen und Messungen der Dekohärenz des Quantenzustands der Ionen-Gesamtheit.