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Projekt
E1 Kontrollierte Dissipation auf Basis des ultra-schmalen Uhrenübergangs in Yb
Antragstellerin
Professorin Dr. Monika Aidelsburger
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521530974
Quantensimulatoren aus neutralen Atomen in optischen Gittern haben Systemgrößen und Kohärenzzeiten erreicht, die klassische Simulationen erheblich herausfordern. Darüber hinaus hat die Entwicklung von Quantengasmikroskopen lokale Steuerungs- und Manipulationstechniken ermöglicht, die die Erzeugung von spezifischen Anfangszuständen und lokalen Potentialen ermöglichen. Es gibt jedoch immer noch Herausforderungen aufgrund von endlichen Temperaturen, die die Realisierung bestimmter Quantenzustände erschweren. Während Dekohärenz oft als Nachteil in Quanten-Vielteilchensystemen betrachtet wird, bietet sie faszinierende neue Möglichkeiten zur Zustandspräparation und -stabilisierung mit vielen Anwendungen in Quantensimulation, -computing und -metrologie. Der Hauptfokus dieses Projekts liegt auf der Entwicklung von experimentellen Techniken um Dissipation für Quanten-Vielteilchensysteme nutzbar zu machen. Um das zu erreichen, werden wir eng mit den Theorieprojekten dieser Forschungsgruppe zusammenarbeiten. Die Ideen basieren auf der einzigartigen Energieniveaustuktur von Erdalkalimetall(-ähnlichen) Atomen, insbesondere fermionischem Ytterbium (Yb). Yb hat zwei Valenzelektronen, was das Energiespektrum in Singlett- und Triplett-Zustände aufspaltet. Die jeweiligen Grundzustände sind über einen extrem schmalen Uhrenübergang verbunden, der neue Möglichkeiten für Quantensimulationen eröffnet. Insbesondere planen wir, die Uhrenzustände von Yb zu nutzen, um zustandsabhängige Potentiale zu realisieren. Wir werden mit einem neuartigen hybriden Tweezer-Gitter-Experiment arbeiten, bei dem tiefe Tweezer-Potentiale angeregte Zustände lokalisieren und in ein Gitter aus mobilen Grundzustandsatomen einbetten. Diese Plattform eignet sich besonders gut zur Simulation von Störstellenphysik, sowie Qubits in einer kontrollierten dissipativen Umgebung. Die gleiche Plattform wird verwendet, um Techniken zur dissipativen Zustandspräparation von Vielteilchensystemen zu entwickeln. Als ersten Schritt werden wir das Tweezer-Array verwenden, um durch Unordnung lokalisierte Anfangszustände zu realisieren, die dann adiabatisch mit ausgedehnten Zuständen bei wohl-definierter Dichte verbunden werden. Darüber hinaus werden wir mithilfe eines Reservoirs von angeregten Atomen und dem Uhrenübergang einen Mott-Isolator aus Grundzustandsatomen dissipativ stabilisieren. Zu guter Letzt werden wir lokale Messverfahren entwickeln, bei denen Grundzustandsatome gemessen werden, ohne die Kohärenz im angeregten Zustand zu zerstören. In Kombination mit Clusterzuständen, die durch eine Kombination aus Spin-Orbit-Kopplung und Superexchange-Wechselwirkungen realisiert werden können, bieten zustandsselektive lokale Messungen spannende Möglichkeiten um messbasierte Quantensimulationen und -algorithmen mit ultrakalten Atomen in optischen Gittern zu implementieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
