Optical detection of particle motion in laser-cooled plasma

Abstract

EN The laser-cooling of ions to temperatures below 1 millikelvin is a standard technique in quantum computing development, but achieving similar cooling for electrons remains difficult. Discovering an effective method could lead to new qubit architecture possibilities. This thesis presents a potential appro- ach for cooling electrons based on Coulomb interactions with laser-cooled ions, providing the necessary theoretical foundation, surveying the latest li- terature, and detailing an experimental implementation currently underway. It also explores how the ultracold ion and electron system could serve as a quantum detector for radio-frequency waves and microwaves. The core ex- perimental work focuses on developing a technique for fabricating miniature optical cavities from optical fibres, with preliminary results and future di- rections for producing highly integrated optical devices provided. 1

CZ Chlazení iontů na teploty nižší než 1 milikelvin pomocí laserů je stan- dardní technikou ve vývoji kvantového počítání, avšak dosáhnout obdobného chla- zení u elektronů je stále obtížné. Objevení účinné metody by mohlo otevřít nové možnosti v konstrukci qubitů. Tato práce navrhuje možný způsob chla- zení elektronů založený na coulombických interakcích s laserem chlazenými ionty, posky- tuje nutný teoretický základ, přehledně shrnuje nejnovější lite- raturu a podrobně popisuje právě probíhající experimentální realizaci. Dále se zaměřuje na to, jak by systém ultrachladných iontů a elektronů mohl slou- žit jako kvantový detektor pro rádiové vlny a mikrovlny. Hlavní část experi- mentální práce se soustředí na vývoj techniky výroby miniaturních optických kavit z optických vláken, přičemž prezentuje předběžné výsledky a naznačuje budoucí směr vývoje těchto vysoce integrovaných optických zařízení. 1