Atomare Spinsysteme mit unendlich-reichweitiger Wechselwirkung

• Antragsteller: Professor Dr. József Fortágh
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465199066

Ziel des Projekts ist die Realisierung skalierbarer, resonatorvermittelter Wechselwirkungen zwischen räumlich getrennten Rydberg-Atomen. In der ersten Förderphase wurden Atome in einem planaren supraleitenden Mikrowellenresonator untersucht, mit dem Ziel, sowohl eine Kopplung zwischen den Atomen und dem Resonator als auch eine durch den Resonator vermittelte Wechselwirkung zwischen den Atomen zu erreichen. Die Experimente wurden jedoch durch elektrische Feldinhomogenitäten an der Chipoberfläche beeinträchtigt, was eine direkte Kopplung zwischen den Rydberg-Atomen verhinderte. Aus diesem Grunde entwickeln wir nun neue Konzepte, die eine dreidimensionalen „Flipped-Chip“-Resonatorarchitektur zu Nutze machen. Dabei werden Rydberg-Atome zwischen zwei Kondensatorplatten eingefangen und wechselwirken dort mit dem Mikrowellenfeld. Diese dreidimensionale Geometrie verspricht deutlich homogenere Feldverteilungen und dadurch eine verbesserte Kontrolle. In der kommenden Förderperiode liegt der Fokus auf der mikrowellenvermittelten Kopplung zwischen einem Paar von Rydberg-Atomen in dieser neuen Resonatorgeometrie. Darüber hinaus soll die Erweiterbarkeit auf mehrere Atome untersucht werden, um kontrollierte All-zu-All-Wechselwirkungen über große Distanzen zu ermöglichen. Dies bildet die Grundlage für komplexe Quantensysteme, die Umsetzung von Austausch-Hamiltonoperatoren, Ising-Modellen und Quanten-Gattern mit mehreren Qubits.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5413: Quantenspinsysteme mit langreichweitigen Wechselwirkungen: Experiment, Theorie und Mathematik