Quanten-Vielteilchenphysik

Forschung

Wir beschäftigen uns mit der experimentellen Untersuchung von synthetischen Quanten-Vielteilchensystemen. Die Grundlage hierzu bilden neutrale Atome, die wir durch Laserkühlung bis nahe an den absoluten Nullpunkt abkühlen. Diese Atome bringen wir dann gezielt miteinander in Kontakt, sei es durch Rydberg Anregung, sei es durch kontrollierte Kontaktwechselwirkung in ultrakalten Fermi Gasen. Zusammen mit der Kontrolle der Bewegung der Atome durch lasergenerierte Lichtfelder generieren wir somit Designer-Quantensysteme in unserem Labor. Diese können wir nicht nur Atom für Atom beobachten, sondern auch jedes einzelne Atom in System mittels Lichtfeldern ansprechen.

Rydberg-Vielteilchenphysik

Modellsysteme für Quantenmagnetismus können durch Rydberg induzierte Wechselwirkung zwischen einzelnen Atomen in optischen Mikrofallen oder optischen Gittern realisiert werden. In unserem Experiment realisieren wir ein solches System mit Kalium Atomen, das sowohl optische Gitter als auch Mikrofallen erlaubt.

Ultrakalte Fermionen

Stark korrelierte fermonische Systeme sind theoretisch schwer zu beschreiben. Starke Korrelationen treten vor allem bei sehr tiefen Temperaturen auf. In unserem Labor entwickeln wir einen neuen Quantensimulator um Temperaturen weit unter der Fermi-Temperatur zu erreichen.

Atomares Quantencomputing

Neutrale Rydbergatome in optischen Pinzetten bieten ein vielversprechende Basis für zukünftige Quantencomputer. Wir arbeiten daren solche Systeme in einer kryogenen Umgebung zu realisieren. Dies ermöglicht nicht nur die Skalierung der Qubit-Anzahl, sondern eliminiert auch kollektive Dekohärenzprozesse.

Unser experimenteller Aufbau realisiert sogenannte Quantensimulatoren. Diese bilden einen Ansatz um quantenbasierte Technologien zu entwickeln. Eine Artikelserie in Physikkonkret gibt eine kurze Einführung in die Quantensimulation, Quantensensoren, Quantenkommunikation und Quantencomputer.

Wir danken der Alfried Krupp von Bohlen und Halbach Stiftung für ihre Unterstützung im Rahmen des "Alfried Krupp-Förderpreis für junge Hochschullehrer" 2019.