Schnittstellen-induzierte Kohärenz und Verschränkung von Rydberg Einheiten

• Antragsteller: Dr. Alexander Eisfeld; Professor Dr. Jan Michael Rost
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316184575

Kohärenz und Verschränkung sind fundamentale Eigenschaften von quantenmechanischen Systemen, die stark von der Kopplung an eine Umgebung beeinflusst werden. Diesen Einfluss zu verstehen und auszunutzen, gab den Antrieb für viele Studien. Insbesondere in der Quanteninformationstheorie besteht großes Interesse daran, zu verstehen, wie man Verschränkung räumlich transportieren kann und wie die Einlese- und Ausleseschritte, die zwangsläufig eine Kopplung an eine Umgebung beinhalten, optimal durchgeführt werden sollten.  Trotz des großen Interesses an diesem Thema gibt es wenige Untersuchungen, wie die Kopplung von endlich-dimensionalen Quantensystemen untereinander (oder mit klassischen Systemen) die Kohärenzeigenschaften dynamisch ändert.Bisher war es schwierig geeignete experimentelle Systeme zu finden, die eine kontrollierte Variation dieser Eigenschaften zulassen. Ultrakalte Rydberggase, "Superatome" oder Rydbergaggregate können so präpariert werden, dass sie das erwünschte Dekohärenzverhalten zeigen, und helfen daher diese Lücke zu schliessen.Ziel dieses Antrages ist es Einheiten wechselwirkender Rydbergatome als wohldefinierte Schnittstelle zu quantenmechanischen oder klassischen Umgebungen zu etablieren. Dank der räumlichen (Mikrometer) und zeitlichen (Mikrosekunden) Skalen der Rydberg-Atomphysik, und der starken, langreichweitigen Wechselwirkungen, die man präzise variieren kann, lassen sich Kohärenz und Verschränkungsdynamik kontrolliert untersuchen.   Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir parallel zwei Szenarien erarbeiten, die sich gegenseitig ergänzen: Im ersten Szenario werden identische Rydberg Einheiten (Anordnungen von stark wechselwirkenden Rydberg Atomen die wohldefinierte Positionen und lokale Umgebungen haben) miteinander gekoppelt. In diesem symmetrischen Szenario können wir eine der Einheiten als Umgebung betrachten und im Detail deren Einfluss auf die Dynamik der anderen Einheit untersuchen.Das zweite Szenario ist mit Bedacht asymmetrisch gewählt: Wir erzeugen ein optomechanisches System durch die Kopplung eines ultrakalten Rydberg Gases an einen mechanischen Nanospiegel durch Laserlicht, welches durch das Gas propagiert und vom Spiegel reflektiert. Änderung der Laser Parameter erlaubt hier eine externe Beeinflussung der Kohärenzeigenschaften.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1929: Giant Interactions in Rydberg Systems (GiRyd)
• Internationaler Bezug: Türkei
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sebastian Wüster