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Monolithische 3D-Ionenfallen aus Quarzglas stellen eine vielversprechende Plattform für Anwendungen der Ionenfallen-basierten Quantentechnologie dar, die von den Vorteilen manuell montierter Blade-Fallen und mikrofabrizierter 2D-Paul-Fallen profitieren. In einer Zusammenarbeit zwischen der Rice University, der Duke University und Translume Inc. präsentieren wir die generationsübergreifende Entwicklung unserer monolithischen 3D-Ionenfalle aus Quarzglas. Im Vergleich zu unseren vorherigen Generationen demonstrieren wir in unserer dritten Generation hohe radiale Einschlussstärke (∼ 3 MHz bei VRF > 450 Vpk) bei guter axialer Homogenität, hohem multidirektionalem optischem Zugang, niedrigen Ionenheizraten (∼ 1 Quant/s bei 3 MHz) und langen Bewegungskohärenzzeiten (∼ 90 ms), was hochpräzise Quantenoperationen mit schweren Ionen (z. B. Yb+) ermöglicht. Wir erläutern unseren iterativen Arbeitsablauf, der zunächst die makroskopische Charakterisierung der Falle umfasst und mehrere Zyklen durchläuft – bestehend aus Fallenentwurf, Fertigung und Wärmemanagement – bevor mikroskopische Charakterisierungen unter Verwendung gefangener Ionen für Quantenoperationen durchgeführt werden.
Wesentliche Punkte für thermische Anwendungen:
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Um eine ausreichende Wärmeableitung monolithischer Quarzglas-Ionenfallen im Vakuum sicherzustellen, verwenden wir Wärmebildaufnahmen zur Charakterisierung der Wärmeverteilung und zur Validierung des Fallen-Aufbaus unter Hochleistungs-HF-Belastung.
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Fallen-Aufbauten weisen üblicherweise ein breites Spektrum an Emissionsgraden der verwendeten Materialien auf (von Gold bis Keramik), was eine Kalibrierung mit einer Temperaturreferenz unerlässlich, aber herausfordernd macht.
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Temperaturfühler im Vakuum an Materialien mit hohem, bekanntem Emissionsgrad, die sich im Sichtfeld der Wärmebildkamera befinden, helfen dabei, die Wärmebilddaten des interessierenden Bereichs (ROI) periodisch und genauer zu kalibrieren.
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Die Temperaturschätzung ist weniger genau, wenn Merkmale des ROI in der Größenordnung der Pixelauflösung des Wärmebildsystems liegen.
Ein Leitfaden zur Gestaltung und thermischen Validierung einer monolithischen, 3D-gedruckten Quarzglas-Ionenfalle für hochpräzise Quantensimulation mit schweren Ionen unter Verwendung der FOTRIC R&D-Wärmebildkameras.
Datum & Uhrzeit: 27. März 2026 | 10:00 – 11:00 Uhr CST
Sprecher
Abhishek Menon: Doktorand, Rice University
Abhishek Menon ist ein experimenteller Physiker und Doktorand im fünften Jahr in der Arbeitsgruppe von Professor Guido Pagano an der Rice University. Seine Forschung treibt die Entwicklung von Ionenfallen-Plattformen für hochpräzise Quantensimulation voran, indem sie die Kohärenzzeit und die kontrollierbaren Freiheitsgrade erweitert. Menons jüngste Arbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung einer monolithischen 3D-Blattfalle für die Quanteninformationsverarbeitung mit schweren, gefangenen Ionenarten, was Studien offener Quantensysteme und Floquet-getriebener Dynamik in der kondensierten Materie, der Hochenergiephysik und der chemischen Physik ermöglicht.
