Quantum Particulars Gastkolumnen-Bonusartikel: „Die Geschichte der Quanten-Atomindustrie mit DesqtopMOT lehren“ – Inside Quantum Technology

Neuauflage von Plato

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Brian Siegelwax diskutiert den pädagogischen Wert von desqtopMOT von Infleqtion.

By Gastautor gepostet am 30

„Quantum Particulars“ ist eine redaktionelle Gastkolumne mit exklusiven Einblicken und Interviews mit Quantenforschern, -entwicklern und -experten, die sich mit den wichtigsten Herausforderungen und Prozessen in diesem Bereich befassen. Dieser Bonusartikel wurde geschrieben von Brian Siegelwachs, konzentrieren auf Flexion's desqtopMOT, Teil der Oqtant-Plattform für Pädagogen.

Im Dezember 2023, Beugung startete seine Oqtant Quantenmaterie-Service. Jetzt, im Januar 2024, bringt Infleqtion desqtopMOT auf den Markt Tischplattform für kalte Atome. Als Pädagoge sollen diese beiden Produkte Ihnen dabei helfen, Ihre Schüler zu unterrichten und zu stärken. Eine logische Frage ist also: Welches sollten Sie für Ihr Klassenzimmer wählen?

Die kurze Antwort lautet: Sie ergänzen sich. Tatsächlich kann man sie als zwei Teile einer Geschichte betrachten.

Teil 1: Erste Schritte mit desqtopMOT

desqtopMOT ist ein praktisches physisches Hardwaresystem mit einem Softwareelement, das es Schülern ermöglicht, die wichtigsten Werkzeuge der Quantenatomindustrie in einer Lehrlaborumgebung zu erlernen. Es ist eine Plattform zum Unterrichten der Quantenmechanik durch Licht-Materie-Wechselwirkungen. Ihre Studierenden lernen die theoretischen Hintergründe aus dem Lehrplan und nutzen dann desqtopMOT, um an Atomen zu experimentieren. Sie werden damit die Herstellung von Atomproben steuern sowie Hypothesen entwickeln und testen.

desqtopMOT beinhaltet:

Ein Vakuumsystem
Eine Rubidium-Atomquelle
Strahlführungsoptik und Steckbrett
Ein stabilisiertes Lasersystem
Eine Referenz-Spektroskopiezelle
Ein umfassender Lehrplan mit mehreren Kapiteln und zwei Lernniveaus: Basis und Fortgeschritten
Eine Python-Schnittstelle mit Echtzeitsteuerung (fortgeschrittenes Modell)

Die Experimente sind auf die atombasierte Zeitmessung, Quantensensorik und Quanteninformatik anwendbar, sodass Sie die Kompetenzen Ihrer Schüler weiterbilden und ihre Beschäftigungsfähigkeit verbessern.

In einer nicht erschöpfenden Liste umfasst der Lehrplan Unterricht in:
• Kalte Atomphysik
• Bildgebung
• Laser
• Laserkühlung und -einfang
• Optik und Photonik
• Quantenmessungen
• Spektroskopie
• Vakuumtechnik und -wissenschaft

Ein Foto einer Rb-MOT-Wolke (blassrosa Punkt) in einer Zelle. Bild mit freundlicher Genehmigung von Allie Weary, Hannes Bernien Lab an der University of Chicago, mit freundlicher Genehmigung von Infleqtion.

desqtopMOT ermöglicht es Ihnen, Ihren Schülern ein wirklich umfassendes Lernerlebnis zu bieten. Damit Studierende einen besseren Überblick haben, können Monitore aufgestellt werden, sie können sich aber auch abwechseln und die Hardware direkt beobachten. Wenn Sie das Licht in Ihrem Klassenzimmer ausschalten, können Ihre Schüler dank der Fluoreszenz, die die Atome durch Laseranregung aussenden, die Rubidiumwolke in der Falle „sehen“. Die Experimente laufen buchstäblich direkt vor ihren Augen ab.

Teil 2: Quantenmaterie mit Oqtant herstellen

Als Quantenmateriedienst – tatsächlich der weltweit einzige Quantenmateriedienst – ist Oqtant über die Cloud zugänglich; Alles, was Ihre Schüler brauchen, ist ein Internetzugang. Es ist vollständig über Smartphones zugänglich, sodass Ihre Schüler nicht unbedingt über Laptops verfügen müssen, um es zu nutzen.

Oqtant stellt Ihren Schülern bereits abgekühlte Atome zur Verfügung, abstrahiert desqtopMOT und ermöglicht es ihnen, tief in das Quantenverhalten ultrakalter Systeme einzutauchen. Mithilfe eines No-Code-Portals oder einer Python-API namens Oqtant API oder OqtAPI (ausgesprochen „Octopi“) können Ihre Schüler:

Kontrollieren Sie die Entstehung von Quantenmaterie
Entdecken Sie Interferenz, Kohärenz, Tunnelbau, Atomtronik, nichtlineares Verhalten, Überlagerung, Superfluidität und mehr
Beobachten Sie Phasenübergänge und Entwicklung
Hypothesen entwickeln und testen

Eine kurze Anmerkung für Leser, die mit Quantenmaterie nicht vertraut sind:

Mithilfe von Magneten wird ein Ensemble lasergekühlter Atome in einer Ultrahochvakuumkammer aufgehängt. Die Kühltechnik wurde mit einem Nobelpreis ausgezeichnet. Wenn die Atome abkühlen, kondensiert ein Teil von ihnen und beginnt, denselben Quantenzustand einzunehmen. Diese Quantenmaterie, ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat (BEC), kann man sich als Riesenatom oder Superatom vorstellen. Es hat eine makroskopische Größe, wird durch eine einzelne Wellenfunktion dargestellt und verhält sich wie eine Einheit. BEC ist neben Feststoff, Flüssigkeit, Gas und Plasma der fünfte Aggregatzustand.

Abhängig von Ihrer Zeitzone kann Oqtant in Echtzeit ausgeführt werden. Wenn es online ist und sich keine Aufträge in der Warteschlange befinden, sollte der erste Auftrag Ihrer Schüler in etwa einer Minute ausgeführt werden. Wenn es offline ist, können Ihre Schüler jederzeit Jobs in die Warteschlange stellen und sie werden nacheinander ausgeführt, wenn Oqtant wieder online ist. Laut seiner FAQ, der Zeitplan ist:

Oqtant ist alle zwei Wochen online, mit Ausnahme von Feiertagen in den USA und geplanten Wartungsausfällen. Der Zeitplan für die Online-Wochen ist Montag bis Donnerstag, 10:3–7:XNUMX Uhr MT (UTC-XNUMX). Ausnahmen vom Zeitplan werden so bald wie möglich bekannt gegeben.

Oqtant hat:

ein Web-App-Leitfaden
eine Oqtant-FAQ
eine interaktive Tour
Python-API-Ressourcen
ein 55-minütiges Video
ein 5-minütiges Video
ein 87-seitiges Papier
Technische Hinweise zur HF-Verdampfung, Quantenmaterie und Bildgebung

Ihre Studierenden können völlig kostenlos bis zu 10 Stellenangebote pro Tag einreichen. Premium-Jobs können erworben werden, wodurch sich dieses Kontingent auf bis zu 100 Jobs pro Tag erhöht. Diese Premium-Jobs haben im System Vorrang und werden vor allen freien Jobs in der Warteschlange ausgeführt. Sie können ein Team gründen, das es Ihren Schülern ermöglicht, Ihre Prämienkontingente zu teilen.

Fazit: Verwendung von desqtopMOT für Studenten

Falls Sie zufällig anwesend sind SPIE Photonik West, sie werden machen kalte Atome mit desqtopMOT am Stand 7207, ganztägig am Dienstag und Mittwoch. An beiden Tagen finden um 6:2 Uhr ausführliche Produktvorführungen der Kapitel und ein Experiment aus Kapitel XNUMX statt. Das Team überlegt, wie man sie vor der Beleuchtung schützen kann, sodass Sie die Rubidiumwolke mit Ihren eigenen Augen „sehen“ können, ohne jegliche Vergrößerung.

Sie können Oqtant erkunden jetzt sofort.

Bei gemeinsamer Verwendung kennen Ihre Schüler die gesamte Geschichte der Quantenatomindustrie.

Brian N. Siegelwax ist ein unabhängiger Quantenalgorithmus-Designer. Er ist bekannt für seine Beiträge auf dem Gebiet des Quantencomputings, insbesondere im Design von Quantenalgorithmen. Er hat zahlreiche Quantencomputing-Frameworks, -Plattformen und -Dienstprogramme evaluiert und seine Erkenntnisse und Erkenntnisse in seinen Schriften weitergegeben. Siegelwax ist außerdem Autor und hat Bücher wie „Dungeons & Qubits“ und „Choose Your Own Quantum Adventure“ geschrieben. Er schreibt regelmäßig auf Medium über verschiedene Themen im Zusammenhang mit Quantencomputing. Seine Arbeit umfasst praktische Anwendungen des Quantencomputings, Rezensionen von Quantencomputing-Produkten und Diskussionen über Quantencomputing-Konzepte.

Kategorien:
Gastartikel, Quantencomputing, Forschungsprojekte, Software.

Stichworte:
Brian Siegelwachs, Beugung, Oqtant