Von verschränkten Paaren zur Vielteilchen-Verschränkung von ultrakalten Atomen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Klempt
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283618181

Im Rahmen dieses Projekts werden wir die Erzeugung verschränkter atomarer Zustände mit Spindynamik in Bose-Einstein-Kondensaten untersuchen. Dazu werden wir eine atomare Homodyn-Detektion implementieren, um die nichtklassischen Eigenschaften der erzeugten Zustände auf dem Ein-Teilchen-Niveau darstellen zu können und somit Einsicht in die fundamentalen mikroskopischen Prozesse zu erlangen. Wir werden die Erzeugung verschränkter Zustände in dem Spannungsfeld zwischen einzelnen verschränkten Atompaaren und großen Ensembles verschränkter Atome untersuchen.Die Verschränkung kontinuierlicher Variablen kann durch die atomare Homodyn-Detektion vermessen und graduell verbessert werden, um einen möglichst hohen Grad an Einstein-Podolsky-Rosen-Verschränkung darzustellen. Die Verschränkung der erzeugten Zustände wird durch eine tomografische Rekonstruktion des Quantenzustands mit Einzel-Teilchen-Auflösung demonstriert. Schließlich lässt sich durch eine Kopplung der verschränkten Teilchen der Hong-Ou-Mandel-Effekts (HOM-Effekt) in der Interferenz einzelner Atompaare beobachten. Sowohl die EPR-Verschränkung als auch der HOM-Effekt kann im Rahmen des Projekts mit steigender Teilchenzahl untersucht werden. Dies ermöglicht die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung der erzeugten mesoskopischen Zustände. Schließlich werden wir die Herstellung von kleinen Schrödinger-Katzen-Zuständen mit Hilfe einer Kombination von Spindynamik und Mikrowellenkopplung untersuchen.Zusammenfassend erschließt das Projekt einen neuen Weg, den Übergang von wenigen zu vielen verschränkten Teilchen zu untersuchen - mit der vielversprechenden Perspektive, das Einsetzen der klassischen Physik in makroskopischen Quantensystemen darzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen