Realisation of complex quantum gates in a 25Mg ion chain, sympathetically cooled to the vibrational ground state by sideband-excitation of 115In ions interspersed in the chain

• Applicant: Professor Dr. Wolfgang Lange (†)
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 1999 to 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5181260

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, experimentell die Speicherung und Verarbeitung von Quanteninformation in einem System von mehreren Quantenbits zu demonstrieren. Aufbauend auf Untersuchungen am MPI für Quantenoptik sollen lineare Ketten von Ionen eingesetzt werden, da dies die bislang einzige Technologie ist, bei der der Skalierung zu längeren Registern keine intrinsische Grenze gesetzt ist. Als hautpsächliche Schwierigkeit bei der Realisierung eines Ionenfallen-Quantencomputers hat sich die Kühlung von Ionenketten in den quantenmechanischen Grundzustand der Vibrationsbewegung der Ionen erwiesen. Das Erreichen des tiefsten Schwingungsniveaus ist notwendig, um gemäß dem von Cirac und Zoller vorgeschlagenen Verfahren Quanteninformation zwischen den einzelnen Ionen austauschen zu können. Das hier beschriebene Projekt stellt einen neuen Ansatz zur Lösung des Problems der Kühlung von Ionenketten dar. Das wesentliche Merkmal ist die Verwendung zweier unterschiedlicher Ionenarten: für die Kühlung der Vibration sollen Indium-Ionen eingesetzt werden, deren Niveaustruktur direkte Seitenbandkühlung erlaubt. Als Träger der Quanteninformation dagegen sind die beiden Hyperfein-Niveaus des Grundzustands von Magnesium-Ionen vorgesehen, die eine geringe Dekohärenz der gespeicherten Quantenzustände sicherstellen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1078: Quanten-Informationsverarbeitung