Atominterferometrie mit Delta-Kick gequetschten Atomen

• Antragsteller: Dr. Baptist Piest
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537084118

Atominterferometrie ist ein vielseitiges Messwerkzeug mit einem breiten Anwendungsspektrum, welches durch kontinuierliche Verbesserungen in Genauigkeit und Miniaturisierung profitiert. Aufgrund ihres hohen Skalenfaktors gehören Atominterferometer zu den präzisesten Instrumenten zur Messung von Beschleunigungen und Rotationen. Ihre Sensitivität wird im Falle von N unkorrelierten Atomen durch das Quantenprojektionsrauschen (QPN) begrenzt, das aus der Projektion jedes einzelnen Atoms auf einen der beiden Ausgangszustände des Interferometers resultiert. Aufgrund des QPN skaliert die Sensitivität eines Atominterferometers mit 1/Sqrt(N). Durch Verschränkung zwischen den Atomen ist es möglich, das QPN zu umgehen und sich dem fundamentalen Heisenberg-Limit der Sensitivität zu nähern. Heisenberg-limitierte Atominterferometrie würde die Leistungsfähigkeit derzeitiger Atominterferometer drastisch verbessern und eine Reihe von Anwendungen ermöglichen, wie z. B. die weitere Miniaturisierung transportabler oder weltraumbasierter Instrumente bis hin zum Nachweis von Gravitationswellen in großskaligen Experimenten. Ein vielversprechender Ansatz zur Umgehung des QPN in der Atominterferometrie wurde kürzlich durch das sogenannte Delta-Kick-Squeezing vorgeschlagen (R. Corgier et al. PRL 127, 183401 (2021)): Durch den Einsatz geeigneter optischer Potentiale werden die Atome in einem Bose-Einstein-Kondensat (BEC) auf hohe Dichten fokussiert, um die interatomaren Wechselwirkungen zu nutzen, die eine Verschränkung zwischen den Atomen bewirken. Ziel dieses Projekts ist es, die Empfindlichkeit von Atominterferometern durch den Einsatz von Delta-Kick-Squeezing über die klassischen Grenzen hinaus zu verbessern. Die neue Technik wird zum ersten Mal in einer bestehenden Apparatur im SYRTE (Systèmes de Référence Temps-Espace) am Pariser Observatorium implementiert und getestet. Im Rahmen des Projekts soll der metrologische Nutzen einer durch Delta-Kick-Squeezing verbesserten Messung der Gravitationsbeschleunigung von Rb-87 Atomen demonstriert und quantifiziert werden. Es zielt darauf ab, den Stand der Technik in der Atominterferometrie zu verbessern, indem eine Reduzierung der Phasenvarianz von 6 dB unterhalb des QPN angestrebt wird. Es sollen aber auch mögliche Limitierungen dieser Methode und weitere Perspektiven für die zukünftige Erforschung identifiziert werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeber: Dr. Franck Pereira dos Santos