Titelaufnahme

Titel
Optimal quantum control of Bose-Einstein condensates / Georg Jäger
Verfasser/ VerfasserinJäger, Georg
Begutachter / BegutachterinHohenester, Ulrich ; Evertz, Hans Gerd
ErschienenGraz, November 2015
Umfang107 Blätter : Zusammenfassung (1 Blatt) ; Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2015
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher und in englischer Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-97125 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
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Optimal quantum control of Bose-Einstein condensates [5.04 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Bose-Einstein-Kondensate (BEKs) sind makroskopische Quantenobjekte, die für viele verschiedene Experimente und Anwendungen genutzt werden können, insbesondere für Atominterferometrie. Im Normalfall ist das BEK in einer magnetischen Mikro-Falle auf einem Atomchip gefangen und kann von außen durch magnetische Felder kontrolliert werden. Ein Kontrollfeld zu finden, das das BEK in den gewünschten Zustand bringt, ist eine schwierige Aufgabe. Für die meisten Experimente ist es nicht möglich, eine optimale Kontrolle analytisch zu berechnen. Hierfür sind Simulation und Optimierung notwendig. Ziel dieser Dissertation ist es, Kontrollstrategien für BEKs zu finden, diese zu vergleichen und auf relevante Probleme anzuwenden. Im Speziellen untersuchen wir verschiedene Varianten des Gradient Ascend Pulse Engineering (GRAPE) Algorithmus und der Krotov-Methode und vergleichen sie, indem wir sie auf relevante Problemstellungen, wie Wellenfunktions-Splitting und Zustandsinversion, anwenden. Außerdem benutzen wir eine Kombination aus Kontrolltheorie und analytischer Berechnung, um Wege zu finden, gequetschte Zustände von BEKs zu erzeugen und einzufangen. Solche Zustände können die Präzision von Atominterferometern signifikant erhöhen. Wir stellen fest, dass sowohl GRAPE als auch die Krotov-Methode gut dafür geeignet sind, die meisten BEK-Probleme zu lösen. Dennoch hat GRAPE gewisse Vorteile, die diese Methode vielseitiger und für Experimente geeigneter machen. Desweiteren berichten wir über „Parametrische Verstärkung“, eine vielversprechende Methode, um gequetschte BEK-Zustände zu generieren, und finden Kontrollen, die solche Zustände auf kurzen Zeitskalen erzeugen.

Zusammenfassung (Englisch)

Bose-Einstein condensates (BECs) are macroscopic quantum objects, which can be used for many different experiments and applications, the most prominent being matter wave interferometry. Usually the BEC is trapped in a magnetic microtrap on an atom chip and can be controlled externally by magnetic fields. Finding a suitable control field that brings the BEC into a desired state is a challenging task. For most experiments it is not possible to calculate an optimal control analytically. This is where simulation and optimization become necessary. The main goal of this thesis is to find and compare control strategies and algorithms for BECs and applying them to relevant problems. In particular, we investigate different variants of the Gradient Ascend Pulse Engineering (GRAPE) algorithm and Krotov's method and compare them by applying them to relevant problems like wave function splitting or state inversion. Additionally, we use a combination of optimal control theory and analytic calculation to find ways to produce and trap squeezed states of BECs, which can improve the precision of matter wave interferometers significantly. We find that although both GRAPE and Krotov's method are well suited to solve most BEC problems, GRAPE has certain advantages that make it more versatile and better suited for experimental realization. Furthermore we report on a promising technique for creating squeezed states called “parametric squeezing amplification“, and find controls that produce very high squeezing values on short timescales.