Q-CORR_Quantenkorrelationen - von zwei zu vielen Teilchen

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Weinfurter
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381445721

Verschränkung ist die Basis der neuen Eigenschaften und Möglichkeiten der Quantenphysik. Ihre direkte Manifestation in unserer klassischen Welt sind Korrelationen zwischen Messergebnissen, die wesentlich stärker sein können, als sie in der klassischen Physik möglich wären. Diese Korrelationen ermöglichen die Grundlagen der Quantenmechanik zu erforschen und können für die vielen Anwendungen der Quantenmetrologie und der Quanteninformation verwendet werden.Große Fortschritte konnten bereits in der Beschreibung und Anwendung von Korrelationen für Paare von Quantensystemen gemacht werden. Für eine größere Anzahl von verschränkten Teilchen werden die beobachteten Korrelationen aber wesentlich komplexer und schwieriger zu verstehen. Der exponentiell ansteigende Aufwand bei der Bestimmung wichtiger Parameter verursacht eine große Barriere bei der Auswertung von Experimenten und für Anwendungen mit vielen Quantenteilchen, nicht zuletzt auch wegen der noch immer offenen Definition von Quantenkorrelationen für mehrere Systeme.Ziel unseres Projekts ist es daher, effiziente Methoden zur Analyse und Verwendung von Quantenkorrelationen in Vielteilchensystemen zu entwickeln und das Verständnis dieser wichtigen Quanteneigenschaften voranzutreiben.Die Hauptziele von Q-CORR sind- operationelle Definitionen und Maße für Mehrteilchenkorrelationen zu untersuchen- effiziente, selbstlernende Methoden zur Quantenzustandsbestimmung zu entwickeln mit besonderem Augenmerk auf Robustheit gegen experimentelle Imperfektionen- effiziente Methoden zu entwerfen, die Verschränkung auch für begrenzte experimentelle Möglichkeiten detektieren können- das verbesserte Verstehen und die neuen Methoden in der Quantenmetrologie einzusetzen und so das shot-noise-limit deutlich zu unterschreiten.Dank der bewährten Zusammenarbeit zwischen unseren Gruppen in Polen und Deutschland und auch dank der Kooeration zwischen Theorie und Experiment sind wir in einer hervorragenden Ausganslage, die anstehenden Probleme anzugehen. Neue Resultate aus der Theorie werden in ersten Experimenten demonstriert, verwendet für Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung und auch verallgemeinert für den Einsatz mit anderen Quantensystemen. Effizientere, flexiblere und auch robustere Methoden werden Anwendungsmöglichkeiten von Mehrteilchensystemen stimulieren. Q-CORR geht bezüglich theoretischer Konzepte, numerischer Simulationen und Methoden als auch bei experimentellen Demonstrationen deutlich über den momentanen Stand der Technik hinaus und macht so komplexe Quantensysteme und realistische Anwendungsbedingungen zugänglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Jasmin Meinecke
• Kooperationspartner: Dr. Wieslaw Laskowski, Ph.D.; Dr. Marcin Marek Markiewicz, Ph.D.; Dr. Marcin Adam Wiesniak, Ph.D.