Transport of ultracold atoms into a superconducting QuIC-trap

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Vorbereitungen um zwei vielversprechende Quantencomputer Kandidaten zu vereinen, auf der einen Seite ultra-kalte Atome und andererseits Quantenbits im Festkörper.<br />Solche Festkörper Elemente, wie beispielsweise supraleitende coplanare Wellenleiter Resonatoren, können sehr schnell Information verarbeiten, haben allerdings den Nachteil einer sehr kurzen Kohärenzzeit. Dem gegenüber gestellt haben ultra-kalte Atome bzw. Bose-Einstein Kondensate eine lange Kohärenzzeit von bis zu mehreren Sekunden, sind aber langsam in der Informationsverarbeitung. Durch eine starke Kopplung zwischen diesen Systemen ist es möglich ein Gerät mit schnellem Ansprechverhalten und langer Kohärenzzeit zu realisieren.<br />Ein magnetischer Transport von Ensembles von Rubidium 87 Atomen ins Innere eines 4K-Kryostaten wurde entwickelt um die ultra-kalte Atomwolke an einen supraleitenden Mikrowellen Resonator zu koppeln. Im inneren des Kryostaten wurden die Atome in eine Quadrupol-Ioffe Falle geladen, welche ein weiteres Kühlen mittels Verdampfungskühlen und damit Bose-Einstein Kondensation möglich macht.<br />Während dieser Arbeit wurden Teile der verwendeten Vakuum-Aperatur aufgebaut, Spulen wurden geplant und gebaut, das Lasersystem für die Laserkühlung in einer magneto-optischen Falle wurde teilweise aufgebaut und optimiert und Programme für die Experimentsteuerung wurden erstellt.<br />Bis zu 7 x 10 7 Atome konnten im Kryostaten in einer Quadrupol-Falle nachgewiesen werden und Atome wurden erstmalig in eine Quadrupol-Ioffe Falle im Inneren eines Kryostaten geladen.<br />

This thesis describes the setup of an experiment to combine two promising candidates for quantum computation, namely ultra-cold atoms and solid state qubits. Solid state devices, like superconducting coplanar waveguide resonators, can process information very fast but have the disadvantage of very short coherence times. On the other hand, atomic systems like Bose-Einstein condensates provide long coherence times in the order of seconds but are slow in processing. Combining these systems via strong coupling would lead to a fast processing device with long coherence times.<br />For coupling a cloud of ultra-cold 87 Rb atoms to a superconducting microwave resonator, a transport scheme was invented to transport a cloud of ultra-cold atoms into a 4K-cryostat using a magnetic conveyor belt. Inside the cryostat the atoms where trapped in a superconducting quadrupole-Ioffe (QuIC) trap which allow further cooling to a Bose-Einstein condensate by evaporative radio frequency cooling. During the thesis, parts of the used vacuum chamber were built, coils were manufactured, laser systems for laser cooling in a magneto-optical trap were built and optimized and programs for controlling the experiment were written.<br />Up to 7 x 10 7 atoms were measured inside the cryostat in a quadrupole trap and were loaded into a quadrupole-Ioffe trap inside the cryostat for the first time.<br />