Neue Techniken für die Quanteninformationsverarbeitung mit gespeicherten Ionen.

Die Quantenlogik mit gefangenen Ionen ist die bisher am weitesten entwickelte skalierbare Thechnologie für Quanten-Informationsverarbeitung. Dennoch müssen noch viele Probleme gelöst werden bevor eine Rechenapparatur möglich erscheint die interessante Probleme, wie z.B. die Zerlegung großer ganzer Zahlen in ihre Primfaktioren, bewältigen kann. Mit den vorgeschlagenene Arbeiten sollen Wege gefunden werden, einige der Drängendsten dieser Problem zu beseitigen. Es soll dazu eine Reihe relativ unabhängiger Experimente durchgeführt werden um neue Konzepte in der Quantenlogik mit gefangenen Ionen zu prüfen. Zunächst soll eine neue Generation von Ionenfallen entwickelt werde, die die Möglichkeiten der Mikrofabrikation nutzt. Mikrofabrikation wird z.B. zur Herstellung integrierter Schaltkreise eingesetzt und erlaubt die Anfertigung eines `Fallenchips`, bei dem ein Teil der Ansteuerelektronik der Falle integiert wird und der eine Fallensturtur mit extrem kleinen Geometriefehlern erlaubt. Ein speziell strukturierter Fallenchip ermöglicht darüber hinaus eine neue Art der Adressierung der einzelnen Ionen, die wir erproben wollen. Mikrofabrikation ist ebenfalls eine Schlüsseltechnologie bei der Realisierung eines völlig neuartigen Konzepts zur Quanten-Informationsverarbeitung mit Ionen. Hier soll jeweils nur ein Ion in einem zweidimenesionalen Gitter unabhängiger Ionenfalllen gefangen sein. Die Gatterwechselwirkung zwischen den verschiedenen Qubits soll dann durch ein weiteres Ion vermittelt werden, das als beweglicher Kopf über dem Gitter entlangbewegt wird. Ein Laserstrahl übt dann eine vom Qubit-Zustand abhängige Kraft auf den Kopt und das angesprochene Ion aus, und induziert damit ein Phasengatter zwischen den Qubits. Gas Gatter ist unabhäging vom Bewegungszustand der Ionen und ein solches Konzept kann besser skaliert werden als eine lineare Falle. Die Kühlung der Ionen ist eine Voraussetzung für alle Realisierungen der Quantenlogik mit gefangenen Ionen. Zur Vereinfachung wollen wir daher verschiedenen Methoden der Kühlung unter die Dopplergrenze erproben, die versprechen, einfacher und effizienter zu sein als die bisher realisierte Kühlung mit aufgelösten Bewegungsseitenbändern. Insbesondere wollen wir Spielarten von Sysiphus-Kühlung, Polarisationsgradienten- Kühlung, aber auch neue Mischtechniken, die Raman- und konventionelles Dopplerkühlen kombinierten untersuchen. Das Kühlen von Ionen durch Stoßaustausch mit einer Wolke ultrakalter Atome verspricht Gleichgewichtstemperaturen weit unter der Doppler-Kühlgrenze. Ein erheblicher Anteil der Population aller Bewegungsmoden wird dabei in den Fallen-Grundzustand transferiert. Da diese Methode nicht von der Ionenspezies abhängt, können vermutlich alle Arten von Ionen so gekühlt werden, auch solche für die Laserkühlung nicht möglich ist, oder Molekülionen.