Una vista de dos experimentos

Una vista de dos experimentos:
Retroalimentación cuántica,
Sistema híbrido: SQUID—átomos
Luis A. Orozco
www.jqi.umd.edu
Escuela Avanzada de Verano, Julio 2012
Joint Quantum Institute, UMD-NIST
Andres Cimmarusti
Burkley Patterson
Christopher Schroeder
Luis A. Orozco
Anteriores:
David G. Norris (PhD May 2011)
Joshua Crawford (BSc May 2011)
Universidad Nacional Autónoma de México
Pablo Barberis Blostein,
Dept. of Physics, University of Auckland
Howard J. Carmichael
Trabajo apoyado por NSF EEUU, CONACYT
México y the Mardsen Fund of RSNZ.
Andres Cimmarus? Burkley Pa.erson Chris Schroeder Howard Carmichael
Pablo Barberis David Norris
Joshua Crawford
Campo magnético
γ / (2 π) = 6.0 x 106 s-1
κ / (2π) = 3.0 x 106 s-1
g / (2π) = 1.0 MHz
Estructura completa de 85Rb
5P3/2 F=4
5S1/2 F=3 Un átomo entra a la cavidad preparado en el estado base g0
Detección de un fotón horizonal garantiza la superposición
Continuar con la excitación resonante de polarización π
Dispersión de Rayleigh
Detección del segundo fotón horizonal pone al átomo en el estado
donde comenzó borrando la información sobre cual camino
siguió.
Coherencia espontaneamente generada por la
fluoresencia resonante en una cavidad
“Stop” click “Start” click 85Rb
D2 linea (F=3 a F’=4)
Los átomos entran al modo de la cavidad
bombeados ópticamente en el estado g0
Usar mediciones condicionadas: g(2)(τ)
coherent background N-­‐atom atomic emission Simula?on Data a b c Single-­‐atom Mul?-­‐atom Homodyne No solo un corrimiento, sino también
un ensanchamiento y decaimiento
de la amplitude con mayor intensidad
n=0.4 n=1.2 n=4.2 Trajectorias cuánticas
Apagado total (experimento)
Apagado parcial (experimento)
Escalamiento de la amplitud de la correlación
Conclusiones
•  La
creacion espontánea de coherencia nos permite estudiar
su evolución condicionada
•  Hemos
comenzado a aplicar control (retroalimentación) al
problema y mejora la coherencia.
Estudiantes de Postgrado:
J. A. Grover, J. E. Hoffman S. Ravets, K. Voigt,
Estudiantes de Postdoctorado:
M. Hafezi, Z. Kim, J. Lee,
Estudiantes de Pregrado:
U. Chukwu, P. Kordell, I. D. Schoch, A. K. Wood,
Profesores e investigadores:
J. R. Anderson, F. Fatemi, C. J. Lobb, L. A. Orozco, S. L. Rolston, J.
M. Taylor, F. C. Wellstood,
University of Maryland, Institute D’Optique, National Institute of
Standards and Technology, Naval Research Laboratory
Trabajo apoyado por la NSF de EEUU mediante el PFC@JQI.
Sylvain
Jonathan
Marzo 2012
Motivación
Construir un qubit híbrido acoplando átomos neutros a
qubits superconductores
Aprender a manipular átomos individuales a
temperaturas criogénicas (bajo ruido, bajas pérdidas,
baja potencia, ...)
Aprovechar las vertajas de estos dos sistémas tan
diferentes, al mismo tiempo que se minimizan sus
desventajas.
Separación hiperfina del 87Rb
Niveles de energía de un
qubit superconductor
Atomos en SQuIDs
Atomos atrapados usando fibras ópticas
con disminución gradual de su diámetro.
campo
evanescente
azul
U 500
nm
r roja
Fibra óptica con sección cónica
3 cm
polarizada linealmente
luz roja (onda estacionaria) + azul
(Colaboración con Arno Rauschenbeutel, Univ. Viena) Consideraciones para el tirado de fibras
•  Utilizar una llama extremadamente limpia. Oxígeno e hidrógeno
en razón estequiométrica.
•  Llama en régimen de flujo laminar.
•  Cuarto limpio, (filtros HEPA).
•  Limpieza de los recubrimientos cuidadosa utilizando solamente
acetona ultrapura.
•  Una partícula de polvo acaba con la transmisión de la fibra.
•  Control nanométrico de la posición de los motores.
•  Fibra utilizada sin protector con diámetro original de 125 µm
Fibra cónica reducida para producir una onda evanescente
La reducción debe ser adiabática para evitar
pérdidas de luz
760nm HE11 mode
1064nm HE11 mode
a=250nm Fibra con centro, recubrimiento y aire.
nfibra
ncentro
nrecubrimiento
HE11 3-capas
n eff =
naire
β
k0
EH11 3-capas
Diámetro (µm)
Las curvas centrorecubrimiento y recubrimientoaire se aproximan en d~40µm
El tamaño del centro cuando el
recubrimiento es de d~40µm
esde unos 780nm
Abrazaderas de la fibra
Sistema para formar imágenes
Llama
Motores
Micrómetros para alineación
Fibra multiángulos en el cono
20 µm
5 mm
Medición de la transmisión
Transmisión normalizada
Transmisión vs radio
Frecuencia (Hz)
Espectrograma
Tiempo (s)
Resonador superconductor de microondas
RF Amp
1 mm
100 µm
New Al pin with a
bendable wing
~500µm
3.5 mm
4.5 mm
Al resonator ~350µm
Oxford Instruments Triton 200
Cryofree dilution refrigerator
Factores de calidad al sintonizar la frecuencia
Conclusiones
•  Hemos
•  Las
avanzado en la construcción de nanofibras
fibras operan bien con 20 mW
•  La
cavidad resonante superconductora funciona bien
•  La
fibra ya está rodeada de átomos
•  Pruebas
criogénicas
Gracias