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Quantentechnologie

Dieter Meschedes Forschungsgruppe
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Ein Interferometer für einzelne Atome

Gespaltenes einzelnes Atom
Quantenmechanische Teilung eines Atoms. (a) Das Atom wird abhängig von seinem Spin-Zustand (Farbe) vom Laserfeld (rote Welle) nach rechts und gleichzeitig nach links transportiert. Nach der Wiederzusammenführung wird die Quantenphase gemessen. (b) Diese Mikroskopaufnahmen eines Atoms (hier eingefärbt) zeigen die klare mesoskopische räumliche Trennung, die die beiden "Atomhälften" im Experiment erreicht haben.

Die quantenmechanische Wellenfunktion eines Atoms lässt sich manipulieren wie Lichtwellen in einem Mach-Zehnder-Interferometer: Ein einzelnes Atom wird kohärent über eine mesoskopische Distanz aufgespalten; nach der Wiedervereinigung der beiden "Hälften" kann die quantenmechanische Phase des Interferometers ausgelesen werden. In unserem Experiment haben wir nun Atome benutzt, die in einem zustandsabhängigen optischen Gitter gefangen waren. Dadurch bleiben die einzelnen atomaren Wellenpakete gut lokalisiert, während ihre Wege sehr genau vorgegeben werden können. Das kohärente Aufspalten über bis zu 10 µm wird mittels einer Sequenz von ca. 100 diskreten Quantenoperationen gesteuert, die auch zu komplexeren Interferometer-Geometrien kombiniert werden können. Aus diese Weise wird die quantenmechanische Kontrolle neutraler Atome auf eine neue Stufe gehoben. Unsere Ergebnissse sind in einer Publikation in PNAS erschienen, eine Pressemitteilung ist ebenfalls verfügbar.

 

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