Master Thesis Topics
Masterarbeitsthemen
TM.1 Modulares Ionenfallen-Design (Betreuer: T. Monz)
Ionenfallen, als Grundbaustein für Quantentechnologien wie Quantensensorik, Metrologie, Quantenkommunikation, oder Quantencomputing, wurden und werden manuell gefertigt. Mit steigender Komplexität soll die Fertigung jedoch mit Methoden der Halbleiterproduktion skalierbar und, idealerweise, integriert (z.B. mit integrierter Optik oder Elektronik) umgesetzt werden. Interessanterweise sind die Bausteine eines Ionen-Prozessors abzählbar klein: speichern, transportieren, manipulieren. In dieser Arbeit sollen existierende Designs modularisiert werden, um “one set of building blocks to rule them all” umzusetzen.
TM.2 Skalierbare Quanteninformationsverarbeitung mittels Transport-Operationen (Betreuer: T. Monz), für Programmier-Interessierte
Quanteninformationsverarbeitung auf Basis von gespeicherten Ionen ist einer der vielversprechendsten Ansätze, um Quantencomputer zu realisieren. Ionen werden hier in verschiedenen Zonen gespeichert, manipuliert und zwischen den Zonen transportiert. Daraus ergibt sich die (Logistik)Fragestellung, wann man was wo machen sollte, um eine Berechnung möglichst effizient umzusetzen. In dieser Arbeit werden wir diese (programmier-lastige) Herausforderung angehen, und versuchen diese im Laufe der Arbeit auf Innsbrucker Prozessoren umzusetzen.
MR.1 Stabilizing an atomic clock laser to a frequency comb (Betreuer: M. Ringbauer)
Atomic clock lasers are the basis for a wide range of atom-based quantum technology, such as quantum computers, quantum sensors, and atomic clocks. Stabilizing these lasers to the required precision remains a tedious and cost-intensive task, requiring well-isolated optical cavities and feedback systems. In this thesis, we will explore the use of an existing ultra-stable frequency comb as a reference to stabilize an atomic clock laser to. We will then compare the performance of this approach to the state of the art. This will establish whether a centralized frequency comb is a viable alternative to individual optical cavities for quantum computing applications.
MR.2 Designing entangling gates or a qudit quantum processor (Betreuer: M. Ringbauer)
Qudit systems offer much richer entanglement structures than their qubit counterpart. While for qubits a single kind of entangling operation, the controlled-not gate, is sufficient for virtually all purposes, qudits offer infinitely many inequivalent entangling operations. Achieving the most efficient implementation of a given quantum computation requires not only finding the right encoding but also the right kind of entangling interaction. This thesis will focus on extending the toolbox of qudit quantum information processing by developing and realizing a range of new entangling operations tailored to qudit quantum computations.
CR.1 Programming potentials in a monolithic microfabricated ion trap (Betreuer: C. Roos)
Microfabricated ion traps enable the flexible creation of trapping potentials for ions by combining a radiofrequency potential with a rather large number of dc-voltages applied to the various electrodes of the ion trap. In a quantum simulation experiment, we use a monolithically fabricated trap for creating planar ion crystals with about 100 ions. Numerical simulations of the trap enable the computation of voltage sets that create the desired potential. However, these simulations are never perfect, so that in practice the voltages need to be adjusted manually. The goal of this project is to improve on the current approach by characterizing the trapping potentials by various (spectroscopic) techniques in order to build a better model of the trap that will enable programming the voltages for the creation of the target potential.