Preview

PDF, English - main document Download (22MB) | Lizenz: Developing tools for cold atom research : an ultracold Na-K experiment, proposals for unitary k-designs, and a web interface by Bhatt, Rohit Prasad underlies the terms of Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0

Abstract

Synthetic quantum systems present a highly controllable platform for understanding fundamental physics and development of associated technological applications. This thesis reports on building tools for research on synthetic quantum systems, and is divided into three parts. The first part describes the development and set-up of a new experimental platform based on cold atomic mixtures of sodium and potassium. During this thesis, a dual-species magneto-optical trap was realized, followed by transferring sodium atoms into magnetic and optical traps. The second part presents theoretical proposals for implementing random unitary operations (unitary k-designs) in cold atom systems. Unitary k-designs offer a versatile tool for characterizing quantum systems without the need for tomographic protocols. The third and final part describes the development of qlue, which is a web framework enabling standardized internet access to various platforms of quantum research in a user-friendly manner. This can facilitate access to these platforms for a larger group of researchers.

Translation of abstract (German)

Synthetische Quantensysteme stellen eine hochgradig kontrollierbare Plattform für das Verständnis der fundamentalen Physik und die Entwicklung der damit verbun- denen technologischen Anwendungen dar. Diese Arbeit berichtet über die Entwick- lung von Methoden für die Forschung an synthetischen Quantensystemen und ist in drei Teile gegliedert. Der erste Teil beschreibt die Entwicklung und den Aufbau einer neuen experimentellen Plattform, die auf kalten atomaren Mischungen von Na- trium und Kalium basiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine magneto-optische Doppel-Spezies-Falle realisiert, gefolgt vom Transfer von Natriumatomen in mag- netische und optische Fallen. Im zweiten Teil werden theoretische Konzepte für die Implementierung zufälliger unitärer Operationen (unitäre k-Designs) in kalten Atomsystemen vorgestellt. Unitäre k-Designs bieten ein vielseitiges Instrument zur Charakterisierung von Quantensystemen ohne die Notwendigkeit von tomographis- chen Protokollen. Der dritte und letzte Teil beschreibt die Entwicklung von qlue, einem Web-Framework, das einen standardisierten Internetzugang zu verschiedenen Plattformen der Quantenforschung auf benutzerfreundliche Weise ermöglicht. Dies kann den Zugang zu diesen Plattformen für eine größere Gruppe von Wissenschaft- lerInnen erleichtern.