Ein Quanteninterface zwischen Atomen und Photonen

Wissenschaftler haben kürzlich die Fähigkeit entwickelt, neue Arten von Materie herzustellen. Kontrolle über die einzelnen Atome der Materie und wie sie sich gegenseitig beeinflussen ist jetzt möglich, was erlaubt neue exotische Eigenschaften zu erzeugen. Diese grundlegend neue Kontrollebene ermöglicht es Wissenschaftlern, neue Arten von Technologien für Wissenschaft und Industrie zu entwickeln, die sogenannten Quantentechnologien, die derzeit in Labors auf der ganzen Welt entwickelt werden. In diesem Projekt wollen wir die neu entdeckte Kontrolle über Materie jetzt auch auf Licht anwenden. Insbesondere werden wir Methoden entwickeln und demonstrieren, die exotischen Zustände von Atomen auf die Konfiguration der Lichtteilchen zu übertragen. Unser Ansatz besteht darin, jedes Atom mit einem oder mehreren separaten Lichtteilchen zu verbinden. Der gemeinsame Atom- und Lichtteilchenzustand wird so konfiguriert sein, dass die nachfolgende Manipulation der Atome eine äquivalente Manipulation des Lichts erzeugt und umgekehrt. Diese Schnittstelle könnte eine neue Möglichkeit bieten, die grundlegenden Teilchen von Licht zu erzeugen und zu manipulieren und damit eine Reihe neuer Quantentechnologien zu ermöglichen. Nach der Entwicklung und dem Testen der neuen Schnittstelle möchten wir damit Anwendungen in zwei Richtungen demonstrieren. Erstens möchten wir Lichtzustände erzeugen, die Fortschritte in den Bereichen Computer und Kommunikation bedeuten könnten. Zweitens werden wir die Möglichkeit untersuchen, mit Hilfe unserer Schnittstelle die Fähigkeit von Sensoren zur Messung magnetischer und elektrischer Felder erheblich zu verbessern.

Wissenschaftler haben kürzlich die Fähigkeit entwickelt, neue Arten von Materie herzustellen, indem sie jeweils ein Teilchen (Atom) konstruieren. Die Atome können individuell gesteuert werden, ebenso wie die Art und Weise, wie sie sich gegenseitig beeinflussen, so dass neue Zustände mit exotischen Eigenschaften hergestellt werden können. Diese grundlegend neue Kontrollebene ermöglicht es Wissenschaftlern, neue Arten von Technologien für Wissenschaft und Industrie zu entwickeln, die sogenannten Quantentechnologien, die derzeit in Labors auf der ganzen Welt entwickelt werden. In diesem Projekt haben wir die neu entdeckte Kontrolle über Materie auf Licht ausgeweitet. Konkret haben wir Methoden entwickelt und demonstriert, um die exotischen Quantenzustände von Atomen auf die Konfiguration der Teilchen zu übertragen, aus denen Licht besteht. Unser Ansatz verband jedes Atom in einem Register stationär gefangener Atome mit einem oder mehreren separaten Lichtteilchen. Der gemeinsame Atom- und Lichtteilchenzustand wurde so konfiguriert, dass eine nachfolgende Manipulation der Atome eine gleichwertige Manipulation des Lichts erzeugte - und umgekehrt. Diese Schnittstelle bietet eine neue Möglichkeit, Licht in Bezug auf seine fundamentalsten Eigenschaften zu gestalten und trägt dazu bei, eine Reihe neuer Quantentechnologien zu ermöglichen. Nach der Entwicklung und Erprobung der neuen Schnittstelle nutzten wir sie, um Anwendungen in zwei Richtungen zu demonstrieren. Erstens erzeugten wir kürzlich vorgeschlagene neue Lichtzustände, die Fortschritte in den Bereichen Rechnen und Kommunikation ermöglichen. Zweitens untersuchten und zeigten wir, dass unsere Schnittstelle die Leistungsfähigkeit verteilter Sensoren zur Messung von magnetischen und elektrischen Feldern erheblich verbessern kann.