Design and Characterization of an Experimental Setup for e− + 40Ca+ Trapping Toward Quantum Microwave Detection

Abstract

Název práce Návrh a charakterizace experimentální aparatury pro za- chytávání e− + 40 Ca+ pro účely kvantové detekce mikrovln Autor: Vineet Kumar Oddělení: Oddělení povrchové a plazmové vědy Vedoucí práce: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D. Rok: 2026 Abstrakt: Tato práce představuje vývoj experimentální aparatury pro Electron-Ion Trapping Experiment (EiTEx) zaměřený na detekci kvanto- vého mikrovlnného záření. Zahrnuje návrh, konstrukci a charakterizaci klí- čových subsystémů potřebných pro zachytávání a detekci částic, což vedlo k vytvoření modulární platformy integrující technologii ultra-vysokého va- kua (UHV) s aditivně vyráběnými komponentami. Bylo dosaženo stabil- ních podmínek UHV na úrovni přibližně 10−10 mbar, což demonstruje kom- patibilitu 3D-tištěných struktur, včetně zachytávacího rezonátoru z mate- riálu AlSi10Mg a sestavy atomové pece z nerezové oceli 316L, a zároveň umožňuje rychlé prototypování. Prototyp rezonátoru vykazuje činitel ja- kosti 960 při rezonanční frekvenci zachytávání elektronů 2.31 GHz bez vý- znamného zahřívání způsobeného mikrovlnným polem, zatímco dodatečný RF zdroj v rozsahu MHz poskytuje elektrická pole vhodná pro záchyt iontů ve společné oblasti. Zavádění částic do této oblasti pomocí proto- typu sestavy pece bylo ověřeno pomocí dopplerovské spektroskopie a dále potvrzeno...

Title: Design and Characterization of an Experimental Setup for e− + 40 Ca+ Trapping Toward Quantum Microwave Detection Author: Vineet Kumar Department: Department of Surface and Plasma Science Supervisor: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D. Year: 2026 Abstract: This work presents the development of the experimental appa- ratus for the Electron-Ion Trapping Experiment (EiTEx), aimed at quan- tum microwave detection. It includes the design, construction, and charac- terization of key subsystems required for trapping and detection, resulting in a modular platform integrating ultra-high-vacuum (UHV) technology with additively manufactured components. Stable UHV conditions on the order of 10−10 mbar were achieved, demonstrating the compatibility of 3D-printed structures, including an AlSi10Mg trapping resonator and a 316L stainless-steel atomic oven assembly, while enabling rapid prototyp- ing. The resonator prototype exhibits a quality factor of 960 at an electron- trapping resonance frequency of 2.31 GHz without significant microwave- induced heating, while an additional RF supply in the MHz range pro- vides electric fields suitable for ion confinement in the common trapping region. Particle loading in this region using the oven assembly prototype was verified through Doppler-shift spectroscopy and further confirmed by...