Schwingungsbasierter Energie- und Informationstransfer in molekularen Brücken: Quantendynamik und Kontrolle

• Applicant: Professorin Dr. Regina de Vivie-Riedle
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2005 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 18981805

Energie und Informationstransfer sind wichtige Elemente in biologischen Abläufen, chemischen Prozessen und in der Informationsverarbeitung. Uns interessiert der schwingungsbasierte Energietransfer durch molekulare Ketten, dessen grundlegender quantendynamischer Mechanismus sowie dessen Einsatzmöglichkeiten als Quantenkanal für den Informationstransfer zwischen Quantenregistern. Transferprozesse entlang molekularer Brücken wurden bisher theoretisch wie experimentell meist für Elektronen bzw. Ladungen untersucht. Neuere Messungen konnten zeitaufgelöst den laserinduzierten Schwingungsenergietransfer entlang molekularer Ketten nachweisen. Durch eine quantentechnisch und quantendynamisch basierte Analyse des mikroskopischen Ablaufs solcher Transferprozesse wollen wir günstige Ketteneigenschaften identifizieren sowie den Einfluss bestimmter Umgebungseffekte auf diesen Erkenntnissen sollen effektive Kontrollkonzepte für das Ein- und Auskoppeln zwischen endständigen molekularen Bauelementen und Brücke und für den Gesamttransferprozess erarbeitet werden. Hier soll untersucht werde, ob und in wieweit eine Laserkontrolle des Transfers hinsichtlich Effizienz und Geschwindigkeit möglich ist und ob mit der Schwingungsenergie auch Information zwischen den beiden endständigen Molekülgruppen ausgetauscht werden kann. Zur Steuerung der intramolekularen Bewegung sollen modulierte Femtosekundenlaserfelder eingesetzt werden. Ihre optimierten Pulsformen werden mit Hilfe der ,Optimal Control¿ Theorie berechnet. Die Klärung dieser Fragestellung kann zu Erkenntnisgewinn für den Energie- und Informationstransfer in Biosystemen sowie in künstlichen Netzwerken von Quantensystemen führen.

• DFG Programme: Research Grants