Untersuchung der Nichtklassizität von makroskopischen Objekt

Die Vorhersagen der Quantenmechanik unterscheiden sich in fundamentaler Weise von denen der klassischen Physik und sind nicht mit einer realistischen und gleichzeitig lokalen Beschreibung unserer Welt vereinbar. Am deutlichsten zeigt sich dieser Kontrast durch die Verletzung von Bell- oder Leggett-Garg-artigen Ungleichungen, oder in der Eigenschaft der Quantenkontextualität. Obwohl diese Voraussagen auf der mikroskopischen Ebene durch Experimente mit Atomen und Photonen im Detail verifiziert sind, gibt es bis jetzt noch keine entsprechenden Tests, die die Gültigkeit der Quantenmechanik auch für makroskopische Objekte bestätigen. Das Ziel dieses Projekts ist die theoretische Untersuchung neuer Messmethoden, welche auf der weitverbreiteten Methode der Ramsey-Interferenzmessung beruhen, und zur Detektion von Superpositionszuständen und anderen nicht-klassischen Eigenschaften von makroskopischen mechanischen Resonatoren verwendet werden können. Dabei sollen sowohl die grundlegenden Prinzipien solcher Messungen als auch konkrete physikalische Implementierungen analysiert werden.

Die Quantentheorie macht erstaunliche Vorhersagen über das Verhalten von physikalischen Systemen auf mikroskopischer Ebene, die oft mit unserer Alltagserfahrung in Konflikt treten. Zum Beispiel kann sich ein einzelnes Elektron an mehreren Orten gleichzeitig befinden, was dem Prinzip der Überlagerung entspricht. Außerdem können durch das quantenmechanische Phänomen der Verschränkung Messungen an zwei weit entfernten Atomen oder Lichtteilchen stark miteinander korreliert sein, viel stärker als es in der klassischen Physik möglich wäre. Diese erstaunlichen Eigenschaften der Quantenphysik wurden schon mehrfach und mit hoher Genauigkeit mit mikroskopischen Systemen, wie zum Beispiel, Elektronen, Atome, oder Lichtteilchen nachgewiesen. In diesem Projekt wurde untersucht, wie ähnliche Experimente in Zukunft auch mit sehr viel größeren Objekten durchgeführt werden können. Dabei wurden vor allem neue Messprotokolle zur Demonstration von Verschränkung und anderen eindeutigen Signaturen von quantenmechanischen Verhalten für mikro- und nanomechanische Resonatoren betrachtet. Diese Resonatoren bestehen aus mehreren Billionen von Atomen und stellen daher eindeutig makroskopische Objekte dar. Die in diesem Projekt erarbeiteten Protokolle können daher neue Erkenntnisse darüber liefern, ob sich die Gesetzte der Quantenmechanik auf die makroskopische Welt anwenden lassen, oder ob die bisherige Theorie vielleicht doch noch modifiziert werden muss.