Podcasts about quanteninformation

(Repost) Die BOLD Community, eine Initiative der Wirtschaftskammer Österreich, ist ein globales Netzwerk von visionären Pionier:innen zur Förderung von Innovation und Zusammenarbeit. Durch Begegnungen von BOLD Minds aus aller Welt entstehen unkonventionelle Ideen und ein reger Wissensaustausch, der Österreich als Innovationshub stärkt. Ein BOLD Mind ist Sabrina Maniscalco. Sie ist Professorin für Quanteninformation und Logik an der Universität Helsinki und Mitglied im wissenschaftlichen Beirat mehrerer internationaler Institutionen. Außerdem ist sie CEO und Mitbegründerin von Algorithmiq. Das Startup zielt darauf ab die Arzneimittelentwicklung radikal zu verbessern, indem die Leistungsfähigkeit von Quantenalgorithmen, Netzwerkmedizin und KI geschickt kombiniert werden. Im Podcast powered by Wirtschaftskammer Österreich sprechen wir mit Sabrina über ihre Karriere als renommierte Wissenschaftlerin und Gründerin, die Nutzung von Quantencomputing für eine effizientere sowie günstigere Herstellung von Medikamenten und natürlich darüber, wie sie BOLD geworden ist. Wenn dir diese Folge gefallen hat, lass uns doch vier, fünf Sterne als Bewertung da und folge dem Podcast auf Spotify, Apple Music und Co. Für Anregungen, Kritik, Feedback oder Wünsche zu künftigen Gästen schick uns jederzeit gerne eine Mail an ⁠feedback@trendingtopics.at⁠ --- Send in a voice message: https://podcasters.spotify.com/pod/show/trending-topics/message

Die BOLD Community, eine Initiative der Wirtschaftskammer Österreich, ist ein globales Netzwerk von visionären Pionier:innen zur Förderung von Innovation und Zusammenarbeit. Durch Begegnungen von BOLD Minds aus aller Welt entstehen unkonventionelle Ideen und ein reger Wissensaustausch, der Österreich als Innovationshub stärkt. Ein BOLD Mind ist Sabrina Maniscalco. Sie ist Professorin für Quanteninformation und Logik an der Universität Helsinki und Mitglied im wissenschaftlichen Beirat mehrerer internationaler Institutionen. Außerdem ist sie CEO und Mitbegründerin von Algorithmiq. Das Startup zielt darauf ab die Arzneimittelentwicklung radikal zu verbessern, indem die Leistungsfähigkeit von Quantenalgorithmen, Netzwerkmedizin und KI geschickt kombiniert werden. Im Podcast powered by Wirtschaftskammer Österreich sprechen wir mit Sabrina über ihre Karriere als renommierte Wissenschaftlerin und Gründerin, die Nutzung von Quantencomputing für eine effizientere sowie günstigere Herstellung von Medikamenten und natürlich darüber, wie sie BOLD geworden ist. Wenn dir diese Folge gefallen hat, lass uns doch vier, fünf Sterne als Bewertung da und folge dem Podcast auf Spotify, Apple Music und Co. Für Anregungen, Kritik, Feedback oder Wünsche zu künftigen Gästen schick uns jederzeit gerne eine Mail an ⁠feedback@trendingtopics.at⁠ --- Send in a voice message: https://podcasters.spotify.com/pod/show/trending-topics/message

Madita arbeitet am Forschungszentrum Jülich und gibt in dieser Episode Einblicke in ihren Werdegang.

Madita arbeitet am Forschungszentrum Jülich und gibt in dieser Episode Einblicke in ihren Werdegang.

Michael Köhl und Sebastian Diehl forschen an den Grundlagen quantenmechanischer Phänomene. Am Exzellenzcluster ML4Q bringen sie ihre Expertise in experimenteller bzw. theoretischer Physik zusammen, um Netzwerkarchitekturen für Quantencomputer zu schaffen. Es gilt viele Probleme zu lösen – zum Beispiel auch die Frage, wie Quantencomputer miteinander vernetzt werden können, obwohl die Quantenzustände, die sie zum Funktionieren benötigen, schwer stabil zu halten sind. Die Experten Prof. Michael Köhl leitet die Arbeitsgruppe Experimentelle Quantenphysik an der Universität Bonn. Seine Forschung befasst sich mit der Untersuchung ultrakalter Atome und gefangener Ionen zum Zweck der Quanteninformationsverarbeitung und Quantensimulation. Köhl hat während seiner Diplom- und Doktorarbeit in den Arbeitsgruppen der Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle (MIT) und Theodor Hänsch (MPI Garching) gearbeitet. Nach Forschungsaufenthalten in der Schweiz (ETH Zürich) und Großbritannien (University of Cambridge) kehrte er als Alexander-von-Humboldt Professor an die Universität Bonn nach Deutschland zurück, wo er seit 2013 einen herausragenden Forschungsschwerpunkt an der Schnittstelle von Quantenoptik und kondensierter Materie entwickelt. https://www.quantum.uni-bonn.de/ Prof. Sebastian Diehl leitet seine Arbeitsgruppe am Institut für Theoretische Physik an der Universität zu Köln. Im Rahmen der Exzellenzinitiative erhielt Diehl 2015 den Ruf an die Uni Köln, um an der Schnittstelle zwischen der Quantenoptik und der Vielteilchenphysik zu forschen. Ein wichtiges Ziel seiner Forschung ist es, neue makroskopische Phänomene aufzudecken, die quantenmechanische Vielteilchensysteme reflektieren. Dazu entwickelt er theoretische Werkzeuge, um solche Quantensysteme effizient beschreiben zu können. Gleichzeitig arbeitet seine Arbeitsgruppe daran, experimentelle Plattformen zu identifizieren, in denen die theoretischen Voraussagen getestet werden können. https://www.thp.uni-koeln.de/diehl/index.html Der Cluster Quantencomputer versprechen Rechenleistungen jenseits derer aller klassischen Computer, z.B. für Materialforschung, Pharmazeutik oder künstliche Intelligenz. Ziel von ML4Q ist es, neue Computer- und Netzwerkarchitekturen zu schaffen, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik beruhen. ML4Q steht für Materie und Licht für Quanteninformation und bündelt die einzigartige Expertise der beteiligten Partner in drei Schlüsseldisziplinen der Physik – Festkörperforschung, Quantenoptik und Quanteninformation – um die beste Hardware-Plattform für Quanteninformations-Technologie und Blaupausen für ein funktionales Quanteninformations-Netzwerk zu schaffen. Mehr Infos in ML4Q in Kürze! https://ml4q.de Der Podcast 57 Exzellenzcluster, 1 Podcast. Regelmäßig berichtet „Exzellent erklärt“ aus einem der Forschungsverbünde, die im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder gefördert wird. Die Reise geht quer durch die Republik, genauso vielfältig wie die Standorte sind die Themen: Von A wie Afrikastudien bis Z wie Zukunft der Medizin. Seid bei der nächsten Folge wieder dabei und taucht ein in die spannende Welt der Spitzenforschung! Wenn Euch der Podcast gefallen hat, abonniert „Exzellent erklärt“ bei dem Podcast-Anbieter Eurer Wahl. Ihr habt noch Fragen? Hinterlasst uns einen Kommentar oder schreibt uns an info@exzellent-erklaert.de

Prof. Harald Weinfurter und Prof. Kai Müller forschen am „Munich Center for Quantum Science and Technology“ im Bereich der Quantenkommunikation. Dabei geht es zum einen darum Quanteninformation über weite Strecken zu übertragen, zum anderen darum einen Schlüssel zur Datenverschlüsselung absolut abhörsicher an weit entfernte Partner zu verteilen. Bevor wir aber über die aktuelle Forschung der beiden Wissenschaftler sprechen, müssen noch einige Grundlagen der Quantenphysik erklärt werden, beispielsweise das Prinzip der Superposition oder der Verschränkung. 57 Exzellenzcluster, 1 Podcast. Regelmäßig berichtet „Exzellent erklärt“ aus einem der Forschungsverbünde, die im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder gefördert wird. Die Reise geht quer durch die Republik, genauso vielfältig wie die Standorte sind die Themen: Von A wie Afrikastudien bis Z wie Zukunft der Medizin. Seid bei der nächsten Folge wieder dabei und taucht ein in die spannende Welt der Spitzenforschung! Wenn Euch der Podcast gefallen hat, abonniert „Exzellent erklärt“ bei dem Podcast-Anbieter Eurer Wahl. Ihr habt noch Fragen? Hinterlasst uns einen Kommentar oder schreibt uns an info@exzellent-erklaert.de

Stefanie Barz ist Professorin für Quanteninformation und -technologie an der Universität Stuttgart. Im Gespräch mit Dorothee Bär erklärt die Professorin das Phänomen Quantencomputer. Haben wir in einigen Jahren alle einen zuhause? Können so in Zukunft Staus verhindert werden? Wie weit sind wir in Deutschland und Europa eigentlich mit der Entwicklung? Diese und weitere spannende Fragen besprechen Stefanie Barz und Dorothee Bär in einer neuen Folge „Bär on Air“.

In dieser Folge hört ihr ein Interview mit Pascal Kobel, Doktorand in der Gruppe von Michael Köhl für experimentelle Quantenphysik an der Uni Bonn. Er forscht an der experimentellen Realisierung der Übertragung von Qubits mit hoher Bandbreite. Qubits sind die Grundelemente von Quantencomputern, in die derzeit viel Forschung investiert wird und die unsere Welt revolutionieren könnten. Was das besondere an Quantencomputern ist und wo die Schwierigkeiten bei der Übertragung von Quanteninformation liegen, hört ihr in dieser Folge! Daneben gibt es noch einen Veranstaltungstipp am Ende für unseren SciencePub am 26.10.19 um 14 Uhr im Café Dots in Göttingen. Viel Spaß!

Schwerpunkt: Sebastian Nauerth von der LMU München über einen sicheren Informationsaustausch mithilfe quantenmechanischer Effekte || Nachrichten: Lücken in Staubscheiben kein Indiz für Planeten | Plancksches Strahlungsgesetz gilt nicht für winzige Objekte | Auch kleine Meereswirbel beeinflussen das Wetter || Veranstaltungen: Düsseldorf | Bad Münstereifel | Bremen

Schwerpunkt: Rainer Blatt von der Universität Innsbruck über Quantencomputer || Nachrichten: Ursprung der kosmischen Strahlung bleibt rätselhaft | Pinguinzählung aus dem All | Kunststoff mit Formgedächtnis reagiert auf Ultraschall || Veranstaltungen: Dortmund | Rostock | Mainz

Die in dieser Arbeit dargelegten Ergebnisse befassen sich mit Experimenten, welche den Mg-In-Ionenfallen-Quantencomputer zum Endziel haben. Als logisches Schaltelement eines solchen Quantencomputers kommen sowohl die Cirac-Zoller- als auch die Sörensen-Mölmer-Version eines CNOT-Gatters in Frage. In beiden Fällen müssen die Ionen durch Laserstrahlung gekühlt werden. Während das Cirac-Zoller-Gatter Grundzustandskühlung erfordert, wird beim Sörensen-Mölmer-Gatter lediglich der wesentlich einfacher zu erreichende Lamb-Dicke-Bereich benötigt. Aufgrund der Tatsache, daß zwei verschiedene Ionensorten für unterschiedliche Aufgaben verwendet werden, kombiniert man deren Vorzüge optimal miteinander. Zur direkten Seitenband-Kühlung verwendet man In, mit dem in unserer Arbeitsgruppe bereits Grundzustandskühlung demonstriert worden ist. Quanteninformation soll in den Mg-Ionen gespeichert werden. Da beim Sörensen-Mölmer-Gatter, solange man sich im Lamb-Dicke-Bereich befindet, die Quantenrechnung nicht von der thermischen Bewegung der Ionen abhängen, kann der heterogene Ionenkristall durch die Indiumionen kontinuierlich gekühlt werden, ohne daß die in den Mg-Ionen gespeicherte Quanteninformation dadurch beeinflußt wird. Dadurch kann die Dekohärenz der Schwingungsmoden minimiert, und die Anzahl möglicher Quantenoperationen maximiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde von Grunde auf ein neues Experiment geplant, aufgebaut und zahlreiche Versuche dazu durchgeführt. Es wurde ein völlig neuer, komplexer Vakuumrezipient entworfen und gebaut. Im Inneren des Vakuumrezipienten wurde ein schwingungsgedämpfter Aufbau einer neuartigen, selbstjustierenden Ionenfallenhalterung inklusive verbesserter Atomofenhalterung in ein kompaktes Gesamtsystem integriert. Die Falle wurde für die Speicherung zweier Ionensorten optimiert. Mit der linearen Endkappenfalle wurden zuerst Mg-Ionenkristalle erzeugt. Bei den Experimenten mit Indium konnten Mg-In-Wolken nachgewiesen werden, sowie sympathetische Kühlung von Indium durch die direkt lasergekühlten Magnesiumionen. In der neuen Vierstabfalle wurden zuerst Experimente mit einem Sekundärelektronen-Vervielfacher bei Kühlung mit Puffergas durchgeführt, wobei Speicherung von Magnesiumionen sowie von Dunkelionen aus dem Restgas nachgewiesen werden konnte. Bei diesen Messungen wurde gleichzeitig die Falle charakterisiert. Es wurden Stabilitätsdiagramm, radiale und axiale Schwingungsfrequenzen gemessen. Darüber hinaus wurden in der neuen Ionenfalle Magnesium-Ionenkristalle gespeichert und nachgewiesen. Die im Vergleich zur linearen Endkappenfalle wesentlich verbesserte Mikrobewegungskompensation demonstriert die Überlegenheit der automatischen Justage der neuen Ionenfalle.

Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es, ein einzelnes in einer Ionenfalle gespeichertes Kalziumion als Meßsonde fuer das elektromagnetische Feld eines optischen Resonators zu verwenden. Bei einer Anregungswellenlaenge von 397 nm konnte das Feld mit einer Aufl¨osung von 60 nm unterhalb der Beugungsgrenze vermessen werden. Die untere Grenze der Aufloesung wird bei Verwendung eines gespeicherten Ions nur durch die Ausdehnung der Wellenfunktion des Ions im Schwingungsgrundzustand des Fallenpotentials bestimmt und kann bei Kuehlung des Ions in den Schwingungsgrundzustand weniger als 10 nm betragen. Die Aufloesungsgrenze von 60 nm war aufgrund der Doppler-Kuehlung durch die Restbewegung des Ions bestimmt. Aufloesungen unterhalb der Beugungsgrenze werden auch bei der Nahfeld- Mikroskopie erreicht, wobei die Aufl¨osung durch die Groeße der Meßsonde gegeben ist. Durch die Verwendung einzelner Molekuele als Meßsonde wurden Aufloesungen unter 100 nm erzielt. Gemessen wird die Intensitaetsverteilung des optischen Nahfeldes durch Detektion des Fluoreszenzlichtes, das vom Molek¨ul in Abhaengigkeit seiner Position emittiert wird. Um die Position des Molekuels relativ zur Probe kontrollieren zu koennen, muß das Molekuel in einer Kristallmatrix oder auf einem Substrat fixiert werden mit dem Nebeneffekt, daß das zu messende Feld veraendert wird. Diese unerwuenschte Beeinflussung der Meßgr¨oße durch die Messung wird bei der Vermessung des Feldes mit einem einzelnen Ion in einer Ionenfalle vermieden. Das zu diesem Zweck entwickelte System aus linearer Ionenfalle und optischem Resonator ermoeglicht es, die relative Position zwischen Ion und elektromagnetischem Feld auf Bruchteile der Wellenl¨ange des Feldes festzulegen und so die unverfaelschte Feldverteilung mit hoher Aufloesung dreidimensional zu vermessen. Die genaue relative Positionierung von Ion und Resonatormode impliziert dabei die praezise Kontrolle der Kopplung zwischen einem einzelnen Ion und dem elektromagnetischen Feld einer Resonatormode. Das hier vorgestellte System bietet demzufolge auch ideale Voraussetzungen, um Resonator-Quantenelektrodynamik mit einzelnen Ionen durchzufuehren. Experimente, die die Wechselwirkung einzelner Atome mit dem elektromagnetischen Feld einer Resonatormode untersuchen, verwenden bis heute Atome, die den Resonator durchqueren oder im Umkehrpunkt eines atomaren Springbrunnens fuer wenige Millisekunden im Resonatorfeld verweilen. Diese Messungen beinhalten also immer eine Mittelung ueber die tats¨achlich im Resonatorfeld befindlichen Atome und ihre unterschiedliche Kopplung an das Resonatorfeld. Die Atomstatistik zerstoert in diesen Experimenten im allgemeinen nichtklassische Effekte, die in einem idealen System aus einzelnem Atom und Resonatorfeld theoretisch er- wartet werden. Die hier beschriebene Anordnung erlaubt dagegen, wie die dreidimensionale Vermessung einer Feldmode zeigt, daß eine exakte Kontrolle ueber die Ion-Feld Kopplung bei nahezu unbegrenzter Speicherzeit des Ions im Resonatorfeld erreicht wird. Auf den erzielten Ergebnissen aufbauend koennen Experimente im Bereich der starken Ion-Feld Kopplung durchgefuehrt werden, bei denen die oben erwaehnten Nachteile bisheriger Experimente nicht mehr vorhanden sind. Erstmals eroeffnet sich die Meoglichkeit der deterministischen Erzeugung von Ein- Photonen-Pulsen und der Konstruktion eines Lasers, der mit nur einem einzigen Ion als aktivem Medium betrieben werden kann. Zur Lokalisierung eines einzelnen Kalziumions im Resonatorfeld, wurde eine lineare Falle vom Typ eines Quadrupol-Massenfilters konstruiert. Entlang ihrer Achse ist diese Falle in mehrere Speicherzonen unterteilt, in denen jeweils ein einzelnes Kalziumion oder auch eine Kalziumionenwolke gespeichert werden kann. In einer Speicherzone wird die Falle geladen, waehrend die Experimente in einer 2,5 cm entfernten Zone durchgefuehrt werden, die zwischen den Spiegeln eines Resonators liegt. Auf diese Weise wird eine Aufladung der Spiegel und eine Bedampfung der hochreflektierenden Beschichtung waehrend des Ladens verhindert. Durch die Anordnung mehrerer Gleichspannungselektroden entlang der Fallenachse koennen Ionenwolken mit hoher Effzienz von der Laderegion in den Bereich zwischen den Resonatorspiegeln verschoben werden. Das Anlegen von Spannungspulsen an die Speicherelektroden der Falle ermoeglicht es, die Ionenzahl auf die gewuenschte Anzahl zu reduzieren. Die K¨uhlung der Ionen erfolgt ¨uber Dopplerkuehlung auf dem 2S1/2 ↔ 2P1/2 ¨Ubergang bei der Wellenl¨ange λ = 397 nm. Ein einzelnes Ion laeßt sich nun im Minimum des Fallenpotentials auf besser als λ/10 lokalisieren. Der optische Resonator besteht aus sphaerischen Spiegeln, die eine fuer 397 nm hochreflektierende dielektrische Beschichtung besitzen. Mit einer Finesse von 3000 und einem Spiegelabstand von 6 mm, lassen sich mit diesem Resonator Experimente im Bereich der schwachen Kopplung durchf¨uhren. Fuer die Durchfuehrung der zuvor erw¨ahnten Experimente im Bereich der starken Kopplung muß ein Resonator verwendet werden, dessen Spiegel bei 866 nm beschichtet sind und der eine Finesse von 30000 bis 300000 aufweist. Die Resonatorl¨ange wird aktiv stabilisiert, so daß die Transmission fuer einen eingekoppelten Laser bei 397 nm maximal wird. Auf diese Weise kann ein im Resonatorfeld befindliches Ion ueber die Resonatormode angeregt werden und das Fluoreszenzlicht des Ions, das den Resonator seitlich verlaeßt, kann zur Bestim- mung der Ion-Feld Wechselwirkung gemessen werden. Die Intensitaet der detektierten Fluoreszenz ist direkt proportional zur Intensit¨at des Resonatorfeldes, d. h. aus ihr kann die Intensitaet des optischen Feldes und die Position des Ions im Resonatorfeld bestimmt werden. Die Kopplung zwischen Ion und Resonatorfeld laeßt sich auf zwei Weisen einstellen. Zum einen kann das Ion durch das Anlegen einer Gleichspannung entlang der mikrobewegungsfreien Fallenachse verschoben werden. Die Verschiebung laeßt sich reproduzierbar einstellen, so daß die Lokalisierung des Ions auf besser als λ/10 waehrend des Verschiebevorgangs erhalten bleibt. Zum anderen ist der Resonator auf einem Piezotisch positioniert, so daß bei raeumlich fest lokalisiertem Ion jeder Punkt der Intensitaetsverteilung im Resonator mit dem Ort des Ions zum Ueberlapp gebracht werden kann. Eine Positionierung des Resonators relativ zum Ion ist noetig, da bei Ionenverschiebungen senkrecht zur Fallenachse die Lokalisierung des Ions auf besser als λ/10 aufgrund der Mikrobewegung im Fallenpotential nicht mehr erreicht werden kann. Die experimentelle Realisierung einer vollstaendigen Kontrolle ¨uber die Ion-Feld Kopplung wird eindrucksvoll demonstriert durch die Verwendung eines einzelnen Ions als nanoskopische Meßsonde zur Vermessung der Intensitaetsverteilung verschiedener Resonatormoden. Sowohl die Stehwellenverteilung entlang der optischen Achse als auch die transversale Verteilung einiger TEM Moden konnte mit hoher Aufloesung vermessen werden. Neben der Kontrolle der Kopplung eines einzelnen Ions ist es auch moeglich, einen Ionenkristall entlang der Achse durch die Resonatormode zu schieben. Hierzu wurde ein Zwei-Ionen-Kristall transversal durch eine TEM01 Mode geschoben. Die gemessene Flureszenzrate als Funktion der Schwerpunktsposition des Ionenkristalls zeigt, daß beide Ionen in je einem der Maxima der TEM01 Mode gleichzeitig lokalisiert werden koennen. Diese Kombination eroeffnet Anwendungen im Bereich der Quanteninformation. Realisierbar ist die Verschraenkung von Ionen, die Uebertragung eines Quantenzustandes von einem Ion auf das andere und die Ausfuehrung eines 2-Bit-Quanten-Gatters. Darueber hinaus ist es aufgrund der in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse vorstellbar, eine Ionenkette Ion fuer Ion durch die TEM00 Mode zu schieben und so Quantenzustaende von einem Ion auf ein anderes zu ¨ubertragen. Ebenso ist eine Uebertragung von Quantenzustaenden ueber große Entfernungen, d. h. von einem Resonator zu einem anderen, in den Bereich des Moeglichen gerueckt.