Construction of a time-averaged crossed optical dipole trap for ultracold 6Li atoms

Sun, Yudong (31. August 2022): Construction of a time-averaged crossed optical dipole trap for ultracold 6Li atoms. Bachelorarbeit, Ludwig-Maximilians-Universität München

Abstract

The use of ultracold neutral atoms for quantum computing and quantum simulation offers many advantages in terms of scalability. The Fermion Quantum Processor (FermiQP) experiment aims to use ultracold fermionic 6Li atoms to construct a novel combined digital- and analogue quantum processor. In this thesis, a crossed-beam optical dipole trap (ODT), implemented using a 200 W, red detuned (1070 nm) laser, is proposed for use in the experiment. Trap geometries larger than the size of the focused beam are to be achieved through spatial modulation in the MHz regime using an acousto-optic modulator (AOM). The feasibility of the proposal was tested with a proof-of-concept setup built with a lower-power 1064 nm laser. A time-averaged potential with a vertical cross-sectional area approximately three times that of the static beam was attained by modulating the beam position at 3.4 MHz. By dynamically changing the shape of the time-averaged potential, the proposed ODT promises more efficient loading and faster evaporative cooling that would reduce the cycle time of the experiment as compared to a static crossed ODT.

Abstract

Ultrakalte neutrale Atome als Plattform für Quantum Computing und Quantensimulationen stechen aufgrund ihrer Skalierbarkeit hervor. Das Fermion-Quantenprozessor-Experiment (FermiQP) hat sich zum Ziel gesetzt, einen auf ultrakalten neutralen 6Li-Atomen basierenden experimentellen Aufbau zu realisieren, der die Funktionen eines digitalen und eines analogen Quantencomputers vereinigt. In dieser Arbeit wird eine optische Dipolfalle, die mittels eines rot-verstimmten 200 W-Lasers (1070 nm) implementiert werden soll, vorgestellt. Fallengeometrien größer als der Strahldurchmesser im Fokus sollen durch räumliche Modulation im MHz-Regime mittels eines akusto-optischen Modulators ermöglicht werden. Die Durchführbarkeit des Vorhabens wurde mit einem Aufbau, der mit einem 1064 nm-Laser mit niedrigerer Leistung betrieben wurde, getestet. Mittels Modulation der Strahlposition mit 3,4 MHz wurde ein zeitlich gemitteltes Potential mit einer vertikalen Querschnittsfläche erreicht, die ungefähr drei mal so groß wie die ohne Modulation erreichbare Querschnittsfläche ist. Durch dynamische Variation der Form des zeitlich gemittelten Potentials werden ein effizienteres Beladen und ein schnelleres Verdampfungskühlen als mit einer statischen Dipolfalle möglich, wodurch die Zeit eines Experimentdurchlaufs reduziert werden kann.

• Dokumententyp: Hochschulschrift (Bachelorarbeit)
• Keywords: Lithium-6; Optical dipole trap; Time-averaged potentials; High frequency modulation, Lithium-6; Optische Dipolfalle; Zeitgemittelte Potentiale; Hochfrequente zeitliche Mittelung
• Fakultät: Physik > Studienabschlussarbeiten
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
• Sprache: Englisch