Levitierte Elektro-Optomechanik mit geladenen Nanoteilchen

• Antragsteller: Dr. Benjamin Stickler
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411042854

Ziel dieses Projektes ist es, die theoretischen Grundlagen für die elektro-optische Kühlung und Manipulation des Quantenzustandes eines elektrisch levitierten, geladenen Nanoteilchens zu entwickeln. Dies soll anhand der folgenden drei Zielsetzungen erreicht werden: (i) Wir werden zeigen, wie elektrisches Widerstandskühlen mit optischem Cavity- und Feedback-Kühlen kombiniert werden kann, um die Schwerpunkts- und Rotationsbewegung eines geladenen nanoskaligen Objekts im Quantengrundzustand zu präparieren. Wir werden die klassische und quantenmechanische Kühlungsdynamik numerisch simulieren, um zu untersuchen, wie mit diesem Zugang auch Objekte gekühlt werden können, deren Polarisierbarkeit für etablierte optische Techniken zu klein ist. (ii) Die Markovschen Mastergleichungen zur Beschreibung ladungs-induzierter Dekohärenz aufgrund induzierter Spiegelladungen und -ströme, Coulomb Streuung von Ionen, und Ladungsadsorption und -emission sollen mikroskopisch hergeleitet werden. Das Anwendungsgebiet solcher Mastergleichungen geht weit über die levitierte Optomechanik hinaus, da Restladungen und deren inhomogene Verteilung in Quantentechnologie mit mikromechanischen Systemen unvermeidbar sind. (iii) Wir werden ein experimentell realisierbares Protokoll für die Quanteninterferenz elektrisch levitierter Nanoteilchen entwerfen und vorschlagen. Da ein solches Experiment mit einem einzelnen levitierten Teilchen wiederholt durchgeführt werden kann, stellt es eine attraktive Alternative zu existierenden Vorschlägen dar und wird für zukünftige technologische Anwendungen relevant sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Klaus Hornberger