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