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TRR 185:  OSCAR - Kontrolle atomarer und photonischer Quantenmaterie durch maßgeschneiderte Kopplung an Reservoire

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2016
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277625399
 
Ein weit verbreitetes Paradigma der Physik ist, dass Quanteneffekte nur dann für die Eigenschaften eines Systems ausschlaggebend sind, wenn dieses so gut wie möglich von seiner Umgebung isoliert ist. Diese Isolation ist Grundvoraussetzung vieler Quantentechnologien. Der zentrale Ansatz des SFB/TR 185 ist die umgekehrte Herangehensweise. Wir betrachten die Kopplung von Quantensystemen an Reservoire als potentiell nützliches Werkzeug und nicht als ein unvermeidbares Ärgernis. Die Vision des SFBs ist es, externen Antrieb und maßgeschneiderte Reservoire einzusetzen, um die Effekte generischer, unkontrollierter Umgebungen zu kompensieren und eine toolbox für die Kontrolle von Ein- und Vielteilchen-Quantensystemen mittels offener Systeme zu entwickeln. Dieses beinhaltet die Erzeugung, Kontrolle und Stabilisierung von interessanten Quantenzuständen ebenso wie die Anregung und Manipulation kollektiver Prozesse. Der Zugang umfasst darüber hinaus die Zusammenführung des sehr aktiven Forschungsfeldes topologischer Systeme mit Kontrollverfahren basierend auf offenen Systemen. Das Ziel ist es, die grundlegenden Mechanismen offener Systeme zu verstehen und diese als Werkzeug zu verwenden, welches Möglichkeiten eröffnet, die weit über das hinausgehen, was in geschlossenen Quantensystemen erreichbar ist. Das Forschungsfeld der Kontrolle durch Kopplung an massgeschneiderte Reservoire ist ein junges Feld und der SFB/TR 185 hat während der ersten Förderperiode maßgeblich an seiner Entwicklung mitgewirkt. Die experimentellen Platformen unserer Forschung sind Atome und Photonen, da für diese Systeme die verfügbaren Kontrolltechniken und Messverfahren am weitesten entwickelt sind. Für diese ist es oft möglich, eine mikroskopische Kontrolle und ein detailliertes Verständnis von Systemen und Umgebungen zu erlangen. Die betrachteten Systeme erstrecken sich von Photonen-Kondensaten über einzelne Atome, die an Quantenlicht gekoppelt sind, bis hin zu ultrakalten Quantengasen. Das Forschungsprogramm gliedert sich in drei komplementäre Teilbereiche. Im Bereich A, "Quanten-systeme aus wenigen Teilchen und Reservoire", wird der Einfluß maßgeschneiderter Umgebungen auf einzelne oder wenige Quantensysteme untersucht. Hier bieten die gewählten experimentellen Plattformen einen maximalen Grad der Kontrolle. Im Fokus der Aktivitäten im Forschungsbereich B, "Kontrolle quantenmechanischer Vielteilchensysteme durch Reservoire", stehen die Erzeugung und Manipulation kollektiver Zustände und Prozesse in komplexen Vielteilchensystemen. Aufgrund der Komplexität der Systeme können hier typischerweise nicht alle Freiheitsgrade kontrolliert und gemessen werden und die theoretische Beschreibung ist schwierig. Ziel der Forschung im Bereich C, "Topologische Zustände in Systemen aus Atomen und Photonen", ist es, neue Methoden der Stabilisierung von Quantenzuständen zu entwickeln, die generische Eigenschaften topologischer Systeme mit Kontrollverfahren auf der Basis offener Systeme verbinden.
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Mitantragstellende Institution Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
 
 

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