Lehrstuhl Experimentelle Quantenoptik
Willkommen auf der Webseite des Lehrstuhls Experimentelle Quantenoptik von Prof. Dr. Ch. Wunderlich an der Universität Siegen.
Unsere experimentellen und theoretischen Arbeiten konzentrieren sich rund um die Entwicklung und Untersuchung neuer Schemata zur Quanteninformationsverarbeitung mit individuell manipulierbaren Atomen und offenen fundamentalen Fragestellungen der Quantenphysik.
Aktuelles
Kohärente Quanten-Fouriertransformation mit einem vielseitigen Mikrowellen-Spin-System
08.07.2016
Mittels gespeicherter Ionen haben wie ein maßgeschneidertes, vielseitiges System effektiver Spins demonstriert, dass sowohl für Quantensimulationen als auch als universeller Quantencomputer geeignet ist. Die effektiven Größen und Vorzeichen aller paarweisen Spin-Spin Kopplungen lassen sich hierbei allein durch Steuerung von Mikrowellenstrahlung einstellen. Dies kann nicht nur global sondern auch zur Laufzeit eines Quantenalgorithmus geschehen. Einzelne Spins können von der gleichzeitig durchgeführten, bedingten Quantendynamik des Systems ausgenommen werden und stehen so als Quantenspeicher zur Verfügung. Unter Ausnutzung der simultanen langreichweitigen Kopplungen haben wir mit einem solchen System aus drei Spins eine kohärente Quanten-Fouriertransformation realisiert - einen essentiellen Baustein vieler komplexer Quantenalgorithmen. Dieser Ansatz, allein Mikrowellensteuerung zur Spin-Manipulation einzusetzen, eröffnet eine neue Perspektive um technische und physikalische Herausforderungen bei der Realisierung größerer Quantensimulatoren und Qunatencomputer zu meistern.
Ultrasensitives Einzel-Atom Magnetometer
16.06.2016
Präzisionssensorik, insbesondere hochpräzise Magnetometrie, ist eines der zentralen Forschungsziele im Bereich der Quantentechnologie. Gerade im Bereich der Magnetfeldsensoren muss oftmals ein Kompromiss zwischen Empfindlichkeit, räumlicher Auflösung und detektierbarem Frequenzbereich gefunden werden. In einer Kollaboration mit theoretischen Physikern der Universität für Wissenschaft und Technik Zentralchina (HUST, China), der Hebräischen Universität von Jerusalem (Israel) und der Universität Ulm haben wir nun Schema zur dynamischen Entkopplung adaptiert, dass die Phasenkohärenz unseres Sensors um mehrere Größenordnungen verbessert und dieses mit einem Protokoll zur Magnetfeldmessung kombiniert. Dies ermöglicht uns eine Messempfindlichkeit nahe des Standard-Quantenlimit, die auch im Hochfrequenzbereich erhalten bleibt. Unser Sensor ist hierbei ein einzelnes, atomares Ion. In unseren Experimenten erreichten wir eine Empfindlichkeit von 4.6 pT/√Hz bei der Vermessung eines mit etwa 14 MHz oszillierenden Magnetfeldes. Diese beispiellose Empfindlichkeit, zusammen mit der, durch ein einzelnes Atom gegebenen, Ortsauflösung im Nanometerbereich und der Möglichkeit die detektierbare Frequenz von 0 Hz bis in den Gigahertzbereich einzustellen, könnte unter anderem in magnetischen Bildgebungsverfahren in bisher unerreichbaren Parameterregimen zur Anwendung finden.
Ionenkristalle mit uniformem Ion-Ion Abstand
23.03.2016
Eindimensionale Ionenkristalle mit einem uniformen Ion-Ion Abstand stellen eine interessante Alternative zu harmonisch gespeicherten Ionenkristallen dar, in denen die einzelnen Ionen unterschiedliche Abstände aufweisen. Wir haben eine Beschreibung der statischen und dynamischen Eigenschaften von solchen eindimensionalen Ionenkristallen erarbeitet. Diese spezifische Ionenanordnung wird durch ein glattes, anharmonisches, effektives Potential erreicht, das entweder durch entsprechende Spannungskonfigurationen einer normalen segmentierten Ionenfalle oder die spezielle Ausformung der Fallengeometrie erzeugt wird. Unsere Beschreibung liefert analytische Ausdrücke für das benötigte elektrische Feld, das elektrische Potential und die Normalmoden-Matrix. Desweiteren zeigt sich, das solche Ionenkristalle auch bei endlicher Größe sehr gut die kritische radiale Bindungsstärke eines unendlichen Systems im Übergang einer linearen zu einer Zickzack Konfiguration reproduzieren. Ausgehend von der Normalmoden-Matrix zeigen wir, dass Kristalle mit uniformem Ion-Ion Abstand eine festkörperähnliche Bandstruktur der Normalmoden aufweisen und bestimmen die effektiven Spin-Spin Kopplungen eines solchen Kristalls in einem externen Magnetfeldgradienten. Weiter zeigen wir, wie Freiheitsgrade in Potential, Normalmoden und Kopplungen so ausgenutzt werden können, dass homogene Ionenabstände erhalten bleiben und geben numerische Beispiele für die Erzeugung eines solchen Potentials in einer segmentierten Paulfalle und für die Optimierung einer speziellen Fallengeometrie.
- Isospaced Ion Strings, M. Johanning, Applied Physics B 122:71 (2016)