Deterministische Präparation einzelner Kalium Atome in Mikrofallen zur Quantensimulation von Spin Systemen.

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Groß
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316159385

Das Ziel des Projektes ist die experimentelle Untersuchung von deterministisch präparierten Rydberg-Vielteilchensystemen in Mikrofallen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Realisierung flexibler synthetischer Quantenmagnete mit langreichweitigen Wechselwirkungen und bis zu Einhundert Spins, wobei einzelne Spins experimentell beobachtet werden können. Hierzu soll eine kürzlich demonstrierte Methode zur deterministischen Präparation einzelner Atome in Mikrofallen weiterentwickelt werden, wobei die speziellen Eigenschaften von Kalium ausgenutzt werden. In Kalium liegen die atomaren Linien günstig, so dass die Einzelatom-Präparation in 1064nm Mikrofallen deutlich effizienter sein sollte als die 90%, die kürzlich mit Rubidium demonstriert wurden. Anordnungen aus Mikrofallen bieten den enormen Vorteil der freien Konfigurierbarkeit der Geometrie des zweidimensionalen Systems. Insbesondere können Systeme mit relativ großen Abständen zwischen den Fallen realisiert werden, so dass die Stärke der Rydberg-Rydberg Wechselwirkung zwischen einzelnen Atomen in diesen Fallen im experimentell zugänglichen Bereich liegt.Mit dem Mikrofallensystem sollen dann langreichweitig wechselwirkende transversale Ising Magnete untersucht werden. Bisherige Experimente mit diesen Systemen waren auf den Bereich sehr kleiner Magnetisierung oder Systemgröße beschränkt. In diesem Projekt wird diese Limitierung überwunden, so dass Experimente in Regimen möglich sind, die nicht mehr auf klassischen Computern simulierbar sind. Eine Detektion mit Einzelatomauflösung sowie eine hohe Datenrate des Experiments ermöglicht dann eine präzise Charakterisierung der Quantenmagnete in Gleichgewichts- sowie Nicht-Gleichgewichtszuständen.Weiterhin werden, in Zusammenarbeit mit einem anderen am Institut entstehenden Experiment, Dekohärenzprozesse in nicht-resonant Laser getriebenen Rydberg Gasen charakterisiert. Hier bietet der Mikrofallenaufbau den Vorteil der überschaubaren Systemgröße bei flexibler Kontrolle der Geometrie und Abstände. Ziel ist es Prozesse, die die Kohärenz in gedressten Rydberg-Vielteilchensystemen limitieren, zu identifiziert und zu minimieren.Das Projekt gliedert sich damit in den Bereich Vielteilchenphysik des Schwerpunktsprogramms GiRyd ein. In der theoretischen Beschreibung verschiedener Aspekte der vorgeschlagenen Experimente wird es Kollaborationen mit mehreren nationalen Gruppen geben.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1929: Giant Interactions in Rydberg Systems (GiRyd)