A single electron sensor assisted by a quantum coprocessor

Diese Arbeit befasst sich mit dem Stickstoff-Fehlstellenzentrum im Diamanten sowie den Kernspins der umgebenden Kohlenstoff-Atome. Während der Elektronenspin als hochsensitiver Magnetfeldsensor dient, werden die Kernspins zu einem Quanten-Coprozessor kombiniert, der die robuste Speicherung, Nachprozessierung sowie das effiziente Auslesen der Sensordaten ermöglicht. Wichtige Methoden zur Kernspinkühlung und Kernspininitialisierung werden vorgestellt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Wärmebadalgorithmischen Kühlungstechnik (heat-bath algorithmic cooling) liegt. Das kombinierte Sensor-Coprozessor-System wird verwendet, um verschiedene Aspekte des Quantenphasenschätzalgorithmus im Rahmen von Korrelationsspektroskopieverfahren zu demonstrieren. Bestehende Korrelationsspektroskopieverfahren werden durch die Speicherfähigkeit der Kernspins verbessert, um die spektrale Auflösung zu erhöhen und eine kohärente Kopplung an schwach gekoppelte Kernspins zu ermöglichen. Es wird gezeigt, dass dadurch zuvor spektral nicht auflösbare Kernspins nun adressierbar werden. Ein theoretischer Rahmen für die Implementierung der Quanten-Fouriertransformation und des Quantenphasenschätzalgorithmusses auf hybriden Qudit-Systemen beliebiger Größe wird entwickelt. Außerdem wird die Implementierung des Quantenphasenschätzalgorithmus zuerst auf einem einzelnen Qutritspeicher und dann auf einem Quantenregister aus einem Qutrit und zwei Qubits vorgestellt

Cellular Automata

Modelling and simulation are disciplines of major importance for science and engineering. There is no science without models, and simulation has nowadays become a very useful tool, sometimes unavoidable, for development of both science and engineering. The main attractive feature of cellular automata is that, in spite of their conceptual simplicity which allows an easiness of implementation for computer simulation, as a detailed and complete mathematical analysis in principle, they are able to exhibit a wide variety of amazingly complex behaviour. This feature of cellular automata has attracted the researchers' attention from a wide variety of divergent fields of the exact disciplines of science and engineering, but also of the social sciences, and sometimes beyond. The collective complex behaviour of numerous systems, which emerge from the interaction of a multitude of simple individuals, is being conveniently modelled and simulated with cellular automata for very different purposes. In this book, a number of innovative applications of cellular automata models in the fields of Quantum Computing, Materials Science, Cryptography and Coding, and Robotics and Image Processing are presented