Innovationsfelder - Sensortechnologie zur Kontrolle von Quantensystemen, Quantentechnologien für bildgebende Verfahren auf Quantenbasis, Photonische Systeme zur Quantenkontrolle und Informationsverarbeitung

HoloQ - Entwicklung neuer holographischer Methoden zur Anwendung mit ultrakalten Atomen

Wir werden leistungsstarke, neuartige Methoden auf der Grundlage der Holographie für Anwendungen mit ultrakalten Atomen in optischen Gittern entwickeln. Optische Gitter eignen sich ideal für eine Reihe wichtiger Anwendungen wie Quantencomputer und -simulationen sowie für die Untersuchung von Problemen der Physik kondensierter Materie. Für solche optischen Gitter ist es von entscheidender Bedeutung, genau zu bestimmen, wie viele Atome sich an jedem Gitterplatz befinden und welchen Spinzustand sie haben, wobei sie nur minimal gestört werden dürfen. Darüber hinaus kann es entscheidend sein, dass die optischen Gitter eine spezielle, nicht-triviale räumliche Anordnung in 3D haben (z. B. nicht periodisch). Außerdem müssen wir die Gitterplätze einzeln über optische Lichtfelder manipulieren.
Diese Herausforderungen lassen sich mit holografischen Methoden in Kombination mit Standard-Bildgebungsverfahren elegant bewältigen. Dazu werden wir die holographische Bildgebung in einem optischen Gitter mit Einzelplatz- und Einzelatomauflösung entwickeln und dabei nur wenige Photonen pro Atom verwenden. Darüber hinaus werden wir computergenerierte Hologramme auf optischen Faserspitzen entwickeln, um nicht-standardisierte optische 3D-Lichtfelder zu erzeugen, mit denen Atome in komplexen 3D-Konfigurationen eingefangen und manipuliert werden können.
Die Gruppen aus Jena, Stuttgart und Ulm bringen jeweils ihre Expertise ein, die für den Erfolg des Projekts entscheidend ist. Dazu gehören präzises optisches Design und theoretische Holographie, mikroskopische 3D-Hologrammherstellung und Experimente mit ultrakalten Atomen.