FOR 635:  Quantum Control and Simulation with Distributed Neutral Atom Systems

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 14148824

Auf dem Gebiet der technisch möglichen Kontrolle elementarer quantenmechanischer Prozesse anhand einzelner isolierter Quantensysteme konnten in den vergangenen Jahren zahlreiche Erfolge verbucht werden. Herausragende Ergebnisse wurden hierbei vor kurzem mit Ionenfallen erzielt, darunter die exemplarische Demonstration von Quantengattern und Quantenteleportation. Die Aussicht auf Erfolg auf dem Weg zur kohärenten Kontrolle großer Quantensysteme ist mit der Vernetzung und Skalierung von kleineren Subsystemen verknüpft. An die Erfolg versprechenden Systeme werden teilweise gegensätzliche Anforderungen gestellt: Zum einen müssen die Systeme, der Skalierbarkeitsanforderung genügend, verteilt, d.h. aus mehreren unabhängig voneinander manipulierbaren Subsystemen aufgebaut werden können. Zum anderen muss die Quantenkohärenz der Subsysteme beim zusammengesetzten System erhalten bleiben. Kein System konnte derzeit beide Anforderungen gleichermaßen erfüllen. Im Rahmen der Forschergruppe verfolgen wir in Kooperation von fünf Arbeitsgruppen aus Bonn, Braunschweig, Garching und Mainz das Ziel, die kohärente Kontrolle von Quantensystemen mit einem der aussichtsreichsten Systeme aus neutralen Atomen zu realisieren. Die experimentellen Arbeiten befassen sich mit der Beherrschung eindimensionaler Systeme mittlerer Größe, der Beherrschung zwei- und dreidimensionaler Vielteilchensysteme, bei denen die Vielteilchenverschränkung bereits im hohen Maße demonstriert werden konnte, sowie mit der Vernetzung dieser Subsysteme mittels der Atom-Photon-Wechselwirkung. Die theoretischen Anstrengungen konzentrieren sich auf die Entwicklung von Konzepten zum Nachweis hoch-verschränkter Zustände sowie auf die Umsetzung einfacher Quantensimulatoren, basierend auf den Vorschlägen von Richard P. Feynman. Die Kombination aus experimentellen und theoretischen Anstrengungen innerhalb der Forschergruppe bildet die ideale Basis für die Entwicklung und Erprobung neuartiger Konzepte und ermöglicht tiefere Einblicke bezüglich der Fragestellung, inwieweit die steigende Komplexität die Quantenkorrelationen in Vielteilchensystemen beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Central project (Antragsteller Meschede, Dieter )
• Interfacing Neutral Atoms and Photons (Antragsteller Rempe, Gerhard )
• Multiparticle Entanglement with Neutral Atoms in Optical Lattices (Antragsteller Bloch, Immanuel )
• Quantum Cellular Automata (Antragsteller Werner, Reinhard F. )
• Quantum Gates and Small Cluster States with Trapped Neutral Atoms (Antragsteller Meschede, Dieter )
• Quantum Simulations with Quantum Optical Systems (Antragsteller Cirac, Juan Ignacio )

• Sprecher: Professor Dr. Dieter Meschede