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题名	囚禁&ltsup>40&lt/sup>Ca&ltsup>+&lt/sup>离子的激光冷却理论与实验研究
作者	冀炜邦
学位类别	博士
答辩日期	2012
授予单位	中国科学院上海光学精密机械研究所
导师	刘亮
关键词	激光冷却 离子阱 离子芯片 量子信息处理
其他题名	Theory and experiment on laser cooling of trapped 40Ca+
中文摘要	离子阱近年来已经发展成为研究量子光学、量子比特的产生、量子计算和量子信息处理等研究的一种重要工具。 本文首先回顾了离子阱的发展和其工作原理，介绍了各种经典三维离子阱的囚禁原理和技术，介绍了探测离子的各种方法，并重点描述了线性离子阱的工作原理和其电势的计算。 接着本文介绍了激光冷却离子的原理，包括Doppler冷却、边带冷却、电磁感应冷却的原理；介绍了激光冷却 离子的原理，并对其冷却极限作了描述。但是，在量子信息的有效应用方面，经典的三维离子阱具有很多的局限性。而用微型的、可扩展的平面离子芯片对量子计算和量子信息处理具有很大的好处。微型化的离子芯片大体分为单层（即表面离子阱）和多层的。其中，多层芯片比较容易囚禁离子，但是大多数多层芯片的结构比较复杂，加工不易，可扩展性较差。在目前的技术条件下，平面离子阱易于设计和加工，具有很大的优势，尤其是可以进行大规模的蚀刻，较易扩展为多离子芯片阵列。 我们对平面离子阱的理论进行了回顾，提出了一种新型的可扩展刻槽平面离子芯片，其电极为印刷电路板技术制作。我们计算了离子芯片表面上方的电势分布及势阱深度，建立了解析的数学模型，对其几何结构进行了优化。并利用有限元方法进行了模拟，得到了与解析式吻合的结果。 在我们的数学模型基础上，我们采用直接计算模型对离子芯片电极电压热涨落热噪声引起的离子加热作了分析，计算了其离子加热尺度。并且利用有限元方法对其进行了模拟；同时我们利用涨落耗散原理计算了电极阻抗热涨落引起的离子加热谱密度。我们发现可以通过尺寸设计来使其减小离子芯片热噪声引起的离子加热率。 本文最后介绍了激光冷却 实验所需的实验装置和我们实验准备的情况，并对我们以后的实验开展作了展望。
英文摘要	Ion trap has become an important candidate tool about quantum optics, quantum qubit, quantum compution and quantum information process. In this thesis, we firstly overview the theory and history of ion trap and introduce vary detected methods of ion, mainly describes the working principle of the linear ion trap and the calculation. We introduce the theory of laser cooling of ion including Doppler cooling, sideband cooling and EIT cooling. We introduce the theory of laser cooling and trapping and cooling limitation. However, the classical ion traps have diffculty in application of quantum information process. Scalable miniature ion trap is more considerable choice. The miniature trap can be divied into multi-layer and planar ion trap. Multi-layer chip is easier trapped ion than planar ion trap, but multi-layer chip structure is more complex, processing difficulties, poor scalability. For current technical conditions, the planar ion trap is easy to design and processing, especially for large-scale etching, and more easily extended to themulti ion chip array. We overview the theory of planar ion trap and describe a grooved surface electrode ion trap, which is fabricated in printed circuit board technology with electrodes segmented. We calculate the potential distribution above the surface of ion chip; optimize the geometry of ion chip by using analytically model of potential and simulated method of finite element method. We investigated the ion heating rate by voltage fluctuation noise in grooved planar ion trap. We calculate the length sacle by use of direct method and finite element method firstly. Then we calculate the ion heating by resistance thermal fluctuation of control electrodes by using fluctuation dissipation theorem based our ion chip design. It is suggest that planar traps can be designed to minimize thermal fluctuation heating. Finally, we introduce the equipments of laser cooling and trapping in our lab, and future experiment is also prospected.
语种	中文
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15695]
专题	上海光学精密机械研究所_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	冀炜邦. 囚禁&ltsup>40&lt/sup>Ca&ltsup>+&lt/sup>离子的激光冷却理论与实验研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2012.

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