Kondensation von Photonen direkt in quantenverschränkte Zustände

• Antragsteller: Kevin Peters, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567107833

Photonen-Bose-Einstein-Kondensate (BECs) haben sich als vielversprechende Plattform erwiesen, um Quanteneffekte ohne die Notwendigkeit ultrakalter Temperaturen zu erforschen und damit eine zugänglichere Alternative zu atomaren BECs zu bieten. Allerdings hat das Fehlen intrinsischer Photon-Photon-Wechselwirkungen ihre Anwendung bei der Untersuchung komplexer quantenphysikalischer Vielteilchensysteme eingeschränkt. CONDENS möchte diese Einschränkung überwinden, indem es effektive Wechselwirkungen in Photon-BECs einführt und so die Erforschung neuer Quantenzustände sowie die direkte Kondensation von Photonen in hochverschränkte quantenmechanische Vielteilchenzustände ermöglicht. Das Hauptziel von CONDENS ist es, die Bose-Einstein-Kondensation von Photonen direkt in quantenverschränkte Zustände zu demonstrieren. Aufbauend auf den jüngsten Fortschritten bei Photon-BECs wird dieses Projekt zunächst die nichtlineare Dynamik von Photonen-Kondensaten im Mean-Field-Limit untersuchen, das durch eine große Anzahl von Kondensat-Photonen gekennzeichnet ist. In diesem Regime liegt der Fokus auf der Demonstration optischer Bistabilität und spontaner Spiegelsymmetriebrechung von Photon-BECs in Einzel- und Doppelmulden-Potenzialen. Ein solcher Nachweis würde effektive Photon-Photon-Wechselwirkungen und nichtlineares Verhalten im Photon-BEC belegen. Anschließend wird das Projekt in den Quantenbereich vorstoßen, indem hoch nichtlineare Medien eingesetzt werden, um antibündelnde Kavitätenemissionen zu beobachten, ein charakteristisches Merkmal nichtklassischen Lichts. Schließlich zielt die Studie darauf ab, Verschränkung bei der Spiegelsymmetriebrechung eines Photon-BECs in einem Doppelmulden-Potenzial nachzuweisen. Die direkte Kondensation in diese verschränkten Zustände wäre ein bahnbrechender Erfolg, der neue Wege für Quantenkonnektivität und Quanten-Simulationen eröffnen könnte. Durch die Realisierung von Wechselwirkungen in Photon-BECs und deren direkte Kondensation in verschränkte Zustände wird CONDENS neuartige Einblicke in quantenmechanische Vielteilchensysteme ermöglichen und den Weg zu einer quantenbasierten Version des Internets ebnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle