Entwicklung und Aufbau hybrider Quantensysteme für Quantencomputing und Metrologie

Die Verknüpfung von Qubits gehört zu den aktuellen Herausforderungen der Quantentechnologie. Dies betrifft einerseits Systeme, die weit voneinander entfernt sind, als auch hybride Systeme, in denen unterschiedliche Realisierungen der Qubits ihre individuellen Stärken ausspielen und anschließend den Quantenzustand auf einen anderen Typ übertragen sollen. In dieser Arbeit wird ein Mischcryostat vorgestellt, der Supraleiter auf Temperaturen unterhalb hundert Millikelvin abkühlen kann und zugleich eine Apparatur zur Präparation von ultrakalten Atomen enthält. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, ultrakalte Atomwolken in dieser Umgebung zu präparieren und zu manipulieren. Im nächsten Schritt müssen die Atomwolken in die Millikelvin-Umgebung transportiert und an einen Chip mit funktionalen supraleitenden Elementen herangeführt werden. Zwar steht die Demonstration des Austausches von Quanteninformation noch aus, dennoch stellt dies einen bedeutenden Schritt in Richtung eines hybriden Quantensystems dar. Es ist von zentraler Bedeutung, den Wärmeeintrag in die Millikelvinumgebung zu minimieren. Gleichzeitig erfordern die typischen magnetischen Fallenpotentiale Ströme im Bereich einiger Ampere. Konventionelle Spulen aus supraleitenden Drähten erzeugen zwar keine Heizleistung, allerdings verbleibt ein Wärmeeintrag durch Wärmeleitung. Einen Ausweg bieten geschlossene supraleitende Schleifen, die von einem permanenten Strom durchflossen werden. In dieser Arbeit wurde die Idee der Baseball-Falle aufgegriffen, die mit einem einzelnen Strompfad eine vollständige Falle realisiert. Dies wurde in einem zweiten System mit einer supraleitenden Schleife umgesetzt. Eine zusätzlich angebrachte konventionelle Spule koppelt magnetischen Fluss in die Schleife ein, wodurch der permanente Strom moduliert werden kann. Diese Spule kann sich an einer anderen Temperaturstufe des Cryostaten befinden, so dass auch die Wärmeleitung unterbunden wird. Als Vermittler zwischen unterschiedlichen Qubits können Rydberg-Atome eine Schlüsselrolle einnehmen, da ihr Anregungsspektrum einen weiten Frequenzbereich überdeckt. Ihre Sensitivität gegenüber elektrischen Feldern erfordert allerdings eine sorgfältige Betrachtung der Umgebung und ggf. eine Abschirmung oder Kompensation der Störfelder. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Referenzsystem aufgebaut, an dem die absoluten Übergangsfrequenzen mit verbesserter Genauigkeit ermittelt und der Einfluss externer Felder untersucht wurden. Auf dieser Basis können nun die Korrekturen vorgenommen werden. Als Referenz für die Frequenzmessungen dient bislang ein Mikrowellenübergang. Verwendet man stattdessen einen optischen Übergang, so wird die Zeit in kleinere Abschnitte unterteilt und somit die Unsicherheit reduziert. Diese optischen Uhren aus neutralen Atomen haben bislang den Nachteil, dass die Messung destruktiv erfolgt. Durch die erneute Präparation steht die Uhr nur einen Bruchteil der Zeit zur Verfügung. Hier wurde ein Konzept erarbeitet, das den Betrieb einer kontinuierlichen optischen Uhr ermöglichen soll. Die erste Stufe der Präparation eines Ensembles ultrakalter Atome konnte bereits demonstriert werden. Im weiteren Verlauf ist eine zweite Präparationsstufe, sowie eine Spektroskopie erforderlich. Letztendlich ist die Anbindung des bestehenden Frequenzkamms geplant, um die erhöhte Genauigkeit auch auf andere Frequenzbereiche zu übertragen. Die erzielten Erkenntnisse tragen zur Weiterentwicklung der Quantentechnologien bei. Einerseits bieten sie die Perspektive Quanteninformationsverarbeitung mit hybriden Systemen aus Supraleitern und ultrakalten Atomen durchzuführen. Dabei kann die optische Schnittstelle mehrere derartige Systeme auch über große Entfernungen miteinander verknüpfen und so die Vision eines Quanten-Internets wahr werden lassen. Optische Uhren werden in absehbarer Zeit die Cäsium-Uhren zur Definition der Sekunde ablösen. Ihre hohe Sensitivität lässt neue Anwendungen in der Metrologie, Geodäsie oder auch Astronomie erwarten

Measurement of absolute transition frequencies of 87Rb to nS and nD Rydberg states by means of electromagnetically induced transparency

We report the measurement of absolute excitation frequencies of 87Rb to nS and nD Rydberg states. The Rydberg transition frequencies are obtained by observing electromagnetically induced transparency on a rubidium vapor cell. The accuracy of the measurement of each state is < 1 MHz, which is achieved by frequency stabilizing the two diode lasers employed for the spectroscopy to a frequency comb and a frequency comb calibrated wavelength meter, respectively. Based on the spectroscopic data we determine the quantum defects of 87Rb, and compare it with previous measurements on 85Rb. We determine the ionization frequency from the 5S1/2(F=1) ground state of 87Rb to 1010.0291646(3) THz, providing the binding energy of the ground state with an accuracy improved by two orders of magnitude

История развития теории устойчивости движения

Данная глава монографии посвящена истории развития теории устойчивости движения и вкладу в нее академика Александра Михайловича Ляпунова. В мировой литературе развитие устойчивости движения делят на доляпуновский и послеляпуновский периоды, а понятие устойчивости движения носит название устойчивости по Ляпунову

The recovery of European freshwater biodiversity has come to a halt

Owing to a long history of anthropogenic pressures, freshwater ecosystems are among the most vulnerable to biodiversity loss1. Mitigation measures, including wastewater treatment and hydromorphological restoration, have aimed to improve environmental quality and foster the recovery of freshwater biodiversity2. Here, using 1,816 time series of freshwater invertebrate communities collected across 22 European countries between 1968 and 2020, we quantified temporal trends in taxonomic and functional diversity and their responses to environmental pressures and gradients. We observed overall increases in taxon richness (0.73% per year), functional richness (2.4% per year) and abundance (1.17% per year). However, these increases primarily occurred before the 2010s, and have since plateaued. Freshwater communities downstream of dams, urban areas and cropland were less likely to experience recovery. Communities at sites with faster rates of warming had fewer gains in taxon richness, functional richness and abundance. Although biodiversity gains in the 1990s and 2000s probably reflect the effectiveness of water-quality improvements and restoration projects, the decelerating trajectory in the 2010s suggests that the current measures offer diminishing returns. Given new and persistent pressures on freshwater ecosystems, including emerging pollutants, climate change and the spread of invasive species, we call for additional mitigation to revive the recovery of freshwater biodiversity.publishedVersio

Für | For Manfred from his Students

Dieses Buch enthält Beiträge von Personen, die ihre Magister- oder Doktorarbeit unter der Betreuung von Manfred Krifka geschrieben haben. Es ist als kleines Abschiedsgeschenk für Manfred Krifka zum Ende seiner Amtszeit als Direktor des Leibniz-Zentrums für Allgemeine Sprachwissenschaft gedacht. Die Herausgeberin und der Herausgeber haben Beiträge zu sprachwissenschaftlichen und nicht-sprachwissenschaftlichen Themen in einer Vielzahl von Genres gesammelt. Diese Vielfalt spiegelt die Interessen und Forschungsthemen von Manfred Krifka wider. Sie spiegelt auch die Vielfalt der Menschen wider, denen Manfred Krifka geholfen hat

Global maps of soil temperature

Research in global change ecology relies heavily on global climatic grids derived from estimates of air temperature in open areas at around 2 m above the ground. These climatic grids do not reflect conditions below vegetation canopies and near the ground surface, where critical ecosystem functions occur and most terrestrial species reside. Here, we provide global maps of soil temperature and bioclimatic variables at a 1-km² resolution for 0–5 and 5–15 cm soil depth. These maps were created by calculating the difference (i.e., offset) between in-situ soil temperature measurements, based on time series from over 1200 1-km² pixels (summarized from 8500 unique temperature sensors) across all the world’s major terrestrial biomes, and coarse-grained air temperature estimates from ERA5-Land (an atmospheric reanalysis by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). We show that mean annual soil temperature differs markedly from the corresponding gridded air temperature, by up to 10°C (mean = 3.0 ± 2.1°C), with substantial variation across biomes and seasons. Over the year, soils in cold and/or dry biomes are substantially warmer (+3.6 ± 2.3°C) than gridded air temperature, whereas soils in warm and humid environments are on average slightly cooler (-0.7 ± 2.3°C). The observed substantial and biome-specific offsets emphasize that the projected impacts of climate and climate change on near-surface biodiversity and ecosystem functioning are inaccurately assessed when air rather than soil temperature is used, especially in cold environments. The global soil-related bioclimatic variables provided here are an important step forward for any application in ecology and related disciplines. Nevertheless, we highlight the need to fill remaining geographic gaps by collecting more in-situ measurements of microclimate conditions to further enhance the spatiotemporal resolution of global soil temperature products for ecological applications