Titelaufnahme

Titel
Optimal quantum control of trapped Bose-Einstein condensates / Julian Grond
Verfasser/ VerfasserinGrond, Julian
Begutachter / BegutachterinHohenester Ulrich ; Schmiedmayer Jörg
Erschienen2010
Umfanggetr. Zählung : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Diss., 2010
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Bose-Einstein-Kondensation / Optimale Kontrolle / Bose-Einstein-Kondensation / Optimale Kontrolle / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-15955 Persistent Identifier (URN)
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Optimal quantum control of trapped Bose-Einstein condensates [12.89 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Magnetische Mikrofallen auf Atom-Chips ermöglichen eine präzise und robuste Quantenkontrolle von Bose-Einstein-Kondensaten (BEKs). Diese sind von der Umgebung sehr gut isolierte, makroskopische Quantenobjekte. Eine Schlüsselanwendung ist ein Atominterferometer mit eingeschlossenen Kondensaten. Das Hauptziel dieser Dissertation ist die optimale Quantenkontrolle von eingeschlossenen BEKs, sowie ein besseres Verständnis der damit verbundenen physikalischen Prozesse. Für Quantenkontrolle und nicht-adiabatische Kondensatsdynamik sind fortgeschrittene zeitabhängige Methoden notwendig. Wir verwenden die Multikonfigurationelle zeitabhängige Hartree-Methode für Bosonen (MCTDHB), welche eine Hierarchie von effizienten Näherungsschemen darstellt. Die Realisierung von Atominterferometern erfordert ausgeklügelte Kontrollstrategien. Wir implementieren deswegen Optimale Kontrolltheorie (OKT) für MCTDHB und wenden es auf mehrere Problemstellungen an. Eine davon ist die Herstellung von gequetschten Zuständen relativer Teilchenzahl durch Splitten eines BEKs, was wir eine Größenordnung schneller zustande bringen als durch quasi-adiabatisches Splitten. Die schnelle Kondensatsdynamik, die unsere optimalen Kontrollen mit sich bringen, stellen die allgemeine Frage nach Kondensatsanregungen und der Stabilität von BEKs während des Splittens. Simulationen mit mehr als zwei Moden ermöglichen einen tiefer gehenden Einblick in die Vielteilchendynamik. Wir analysieren Atominterferometer mit eingeschlossenen BEKs in Anwesenheit von Wechselwirkung, insbesondere die optimalen Eingangszustände und wie sie mittels OKT hergestellt werden können. Wir finden, dass vor allem der Mach-Zehnder Interferometer besonders viel versprechend ist, wenn Bayesische Phasenschätzung verwendet wird. Wir schlussfolgern daraus, dass Phasendiffusion keine bedeutende Einschränkung für Atominterferometer darstellt, was große Auswirkungen für die Verwirklichung von Atominterferometern haben könnte.

Zusammenfassung (Englisch)

Magnetic microtraps on atom chips enable precise and robust quantum control of Bose-Einstein condensates (BECs). These are macroscopic quantum objects which are very well isolated from the environment. A key application is an atom interferometer built with trapped BECs. The major goal of this thesis is the optimal quantum control of trapped BECs for atom interferometry applications, as well as a better understanding of the involved physical processes. For control purposes and for non-adiabatic condensate dynamics, elaborate time dependent methods are necessary. We use the Multi-configurational time-dependent Hartree for Bosons (MCTDHB) method, which provides a hierarchy of efficient approximation schemes. Realization of atom interferometers will require elaborate control strategies. We implement thus Optimal control theory for MCTDHB and apply it to several problems. One application is number squeezing by splitting of BECs, which we achieve one order of magnitude faster as compared to quasi-adiabatic splitting. The rapid condensate dynamics resulting from our OCT protocols poses the general question about condensate excitations and stability of the condensate during splitting. Simulations with more than two modes allow us to obtain insight into the many-body dynamics. We analyse trapped BEC interferometers in presence of interactions, in particular the optimal input states and how they can be prepared using quantum control. We find that the MZ interferometer is particularly promising, if Bayesian phase estimation is used. We conclude that phase diffusion is not a substantial limitation for atom interferometry, which could have significant impact on the realization of atom interferometers.