Bakalářská práce 3

Zapište se zde!

Vedoucí: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D.

Anotace:

Zapojte se do průkopnického výzkumu zaměřeného na vývoj kvantového detektoru založeného na v pasti levitující elektrony tím, že pro nás vyvinete systém stabilizace polovodičového laseru. Tato bakalářská práce vás zavede do jádra kvantové fyziky a laserové technologie, kde budete hrát klíčovou roli ve vývoji a implementaci regulačního mechanismu založeného na PID regulátoru a vlnoměru. Cílem je dosáhnout vysoké úrovně přesnosti a stability vlnové délky laseru určeného k ionizaci atomů, což je kritický předpoklad pro efektivní generování iontů vápníku. Tyto ionizované atomy vápníku jsou následně chlazeny pomocí speciálně nastavených laserů, což umožňuje jejich efektivní zachycení v iontových pastech. Vaše práce tak přispěje k základním stavebním kamenům pro vývoj nových kvantových detektorů založených na levitujících elektronech, vzniklých fotoionizací těchto chlazených iontů. Tento projekt nabízí unikátní příležitost prozkoumat a překonat technické výzvy spojené se stabilizací laserů v kontextu kvantové manipulace a detekce. Vaše práce tak nejen obohatí vaše technické a teoretické znalosti v oblasti kvantové fyziky, ale také přispěje k pokroku v praktickém využití kvantových technologií. Staňte se součástí týmu, který posouvá hranice možného v kvantové detekci a manipulaci. Připojte své síly k výzkumníkům, kteří jsou na čele vývoje technologií umožňujících novou éru v kvantových výpočtech, komunikaci a metrologii. Vaše úsilí o vývoj stabilizovaného laseru pro ionizaci atomů vápníku je klíčovým krokem k realizaci přesných a efektivních kvantových experimentů, otevírajících dveře k novým objevům a aplikacím. V rámci práce budete plnit následující úkoly:

1. Literární rešerše a teoretický základ:
   • Provedete důkladnou literární rešerši zaměřenou na budoucí metody stabilizace polovodičových laserů, principy PID regulace a jejich aplikace v kvantové fyzice a technologii. Seznámíte se s koncepty fotoionizace a využitím levitujících elektronů v kvantových detektorech.
   • Zpracujete přehled základních principů fungování kvantových pastí a metody chlazení iontů, se speciálním zaměřením na atomy vápníku.
2. Návrh a simulace regulačního systému:
   • Na základě získaných teoretických poznatků navrhnete regulační architekturu pro stabilizaci laseru. Využijete simulací pro ověření funkčnosti a efektivity navrženého řešení. Zkoumat budete vliv různých parametrů PID regulátoru na stabilitu a přesnost vlnové délky laseru.
3. Experimentální realizace a testování:
   • Sestavíte experimentální setup podle navržené regulační architektury, včetně integrace vlnoměru, polovodičového laseru, počítače a digitálně-analogového převodníku. Provedete experimentální testování systému s cílem optimalizovat nastavení PID regulátoru pro dosažení maximální stability vlnové délky.
   • Zaznamenáte a analyzujete výsledky testování, identifikujete potenciální problémy a navrhnete řešení pro jejich odstranění.
4. Vyhodnocení a aplikace v kvantové detekci:
   • Vyhodnotíte účinnost stabilizovaného laseru v kontextu generování iontů vápníku a jejich následné fotoionizace. Diskutovat budete možné aplikace stabilizovaného laseru ve vývoji nových kvantových detektorů.
   • Zvážíte další možnosti využití navrženého systému stabilizace v různých oblastech kvantové technologie, jako je kvantová komunikace, výpočetní technika a metrologie.
5. Závěr a perspektivy dalšího výzkumu:
   • Shrnete klíčové výsledky práce a jejich význam pro pokrok v oblasti kvantové detekce a manipulace. Navrhnete možné směry dalšího výzkumu vycházející z výsledků vaší práce.

Tento plán poskytne základ pro systematické prozkoumání a vývoj stabilizačního systému pro polovodičové lasery s potenciálním přínosem pro kvantovou fyziku a technologii. Vaše práce bude představovat významný krok vpřed v oblasti kvantové detekce, otevírající nové možnosti pro výzkum a aplikace v tomto dynamicky se rozvíjejícím oboru.

Zásady pro vypracování

1. Vypracování literární rešerše zaměřené na současné metody stabilizace polovodičových laserů, principy PID regulace a jejich aplikace v kvantové fyzice a technologii.
2. Seznámení se s koncepty fotoionizace laserem chlazených iontů a využití levitujících elektronů v kvantových detektorech.
3. Navržení regulačního systému pro stabilizaci laseru založeného na PID regulátoru.
4. Experimentální zhodnocení funkčnosti regulátoru.

Literatura

1. Siegman, A. E. Lasers. (University Science Books, Mill Valley, California, 1986).
2. Foot, C. J. Atomic Physics. (Oxford University Press, Oxford ; New York, 2005).
3. Carney, D., Häffner, H., Moore, D. C. & Taylor, J. M. Trapped Electrons and Ions as Particle Detectors. Phys. Rev. Lett. 127, 061804 (2021).
4. Introduction to PID Controllers : Theory, Tuning and Application to Frontier Areas. (IntechOpen, 2012).