Leonard Group

Quantenoptik

Selbst für unsere leistungsstärksten Supercomputer erweist es sich als schwierig, die Quantenwelt der kleinen Teilchen und die Kräfte, die ihr Verhalten bestimmen, zu erforschen. Die Léonard Gruppe versucht Einblicke in diese Welt zu gewinnen. Dabei untersuchen die Forscher:innen quantenoptische Systeme, die aus individuell gesteuerten Atomen und Photonen bestehen. Dies könnte dazu beitragen, Materialien zu verbessern und Anwendungen für Quantencomputer und in der Quanteninformationsverarbeitung zu entwickeln.

Mit Laserstrahlen kühlt die Forschungsgruppe verdünnte atomare Gase auf Nanokelvin-Temperaturen, also nahe dem absoluten Nullpunkt, ab. Dadurch ermöglicht sich eine in der Experimentalphysik einzigartige Kontrolle dieser ultrakalten Atome. So kann man beispielsweise ihre Bewegungs- und elektronischen Zustände kontrollieren oder sie in programmierbare Muster anordnen und ihre Wechselwirkungsstärke einstellen. Die Léonard Gruppe kombiniert Methoden von Atomphysik und Optik, um die Kontrolle einzelner Teilchen auf fundamentalen Längenskalen und sehr kleinen Energieskalen zu erreichen. Die Gruppe nutzt maßgeschneiderte optische Potenziale, z.B. Reihen optischer Pinzetten und optische Gitter, um die Atome zu fangen. Das ermöglicht die Quantensteuerung einzelner Atome, die Erzeugung verschiedener Formen atomarer Wechselwirkungen und eine atomgenaue Auslesung.