Lichtspeicherung in atomaren Kohärenzen: Neue Protokolle und Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Halfmann
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 169439306

Die Speicherung und Verarbeitung optischer Daten ist ein hoch-aktuelles Forschungsthema in der Laser-basierten Physik. Spezielle Ziele sind z.B. die Erhöhung der Speicherkapazitäten oder der Geschwindigkeit der Datenverarbeitung. Quantenspeicher für optische Daten-Bits spielen hierbei eine wesentliche Rolle. Neue Konzepte zur Abbildung optischer Informationen auf optische Quantenspeicher müssen daher stetig entwickelt, implementiert und untersucht werden. Die Effizienz und maximale Speicherzeit dienen zur Bewertung der Speicher und Protokolle.Der vorliegende Antrag beschäftigt sich mit neuen Implementierungen kohärenter Licht-Materie-Wechselwirkungen zur Realisierung optischer Speicher in speziellen Festkörpern (seltenerd-dotierte Kristalle). Die Projekte zielen insbesondere auf die Speicherung von Lichtpulsen in atomaren Kohärenzen, z.B. getrieben durch elektromagnetisch-induzierte Transparenz (EIT), stimulierte Raman-adiabatische Passage (STIRAP), oder atomare Frequenzkämmen (AFC), in Kombination mit neuen Kontroll-Strategien. Hierbei sollen die Vorteile bekannter Ansätze ausgenutzt und ihre Schwächen durch neue Kontroll-Mechanismen angegangen werden. Effizienzen, Kapazitäten, Bandbreite und Speicherzeit sollen soweit erhöht werden, dass die Protokolle realistischen Anforderungen genügen.Das vorgeschlagene Arbeitsprogramm basiert auf den erfolgreichen Arbeiten im DFG-Projekt HA3791/7-1 (Lichtspeicherung in atomaren Kohärenzen). Letzteres zielte auf Lichtspeicherung durch EIT in dotierten Festkörpern, in Kombination mit leistungsfähigen Kontroll-Techniken, z.B. zero first-order Zeeman shifts (ZEFOZ), Rephasierung/dynamische Entkopplung durch Radiofrequenz-Pulssequenzen, sowie selbst-lernende Verfahren zur automatischen Optimierung der Protokolle. Jetzt sollen die Speicherzeiten verlängert, die Speichereffizienz und Speicherkapazität erhöht, sowie die Robustheit und spektrale Bandbreite signifikant verbessert werden. Um diese Ziele zu erreichen, werden eine Vielzahl verschiedener Strategien, z.B. alternative Protokolle, alternative Kontroll-Verfahren, und/oder alternative Medien eingesetzt.Die Ziele des Arbeitsprogramms in diesem Fortsetzungsantrag sind insbesondere : (1) Entwicklung von kompositen Pulssequenzen zur effizienten Rephasierung/dynamischer Entkopplung, sowie komposite Versionen von EIT und STIRAP mit größerer Robustheit und Bandbreite. (2) Verlängerung der Speicherzeiten in atomaren Kohärenzen durch Zwischenspeicherung kurzlebiger Kohärenzen in langlebigen Populationen. (3) Transfer der für EIT demonstrierten Kontroll-Techniken auf das AFC-Protokoll. (4) Implementierung von EIT, STIRAP und kompositer Pulse zur präzisen Adressierung ultra-kleiner Anregungsbereiche in dotierten Festkörpern, z.B. angewandt zur Erhöhung der Speicherkapazitäten. (5) Transfer der erfolgreichen Techniken zur EIT-Lichtspeicherung von Pr:YSO auf Europium-dotierte Festkörper, die noch deutlich längere Speicherzeiten erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen