Makroskopische Quantenverschränkung levitierten Nanopartikel

Die Quantenmechanik ist die Theorie der mikroskopischen Welt. Sie beschreibt die Struktur von Atomen und Molekülen und das Verhalten von Elementarteilchen. Ein fundamentales Prinzip der Quantenmechanik ist die Quantenverschränkung, d. h., dass sich zwei räumlich getrennte Objekte wie eine einzige nicht trennbare Einheit verhalten. Die Verschränkung wurde an Quantensystemen wie Photonen oder Atomen getestet und bildet die Grundlage für die Quanteninformationsverarbeitung und Quantenteleportation. Die Verschränkung von großen Objekten ist jedoch weitgehend unerforscht, und es ist nicht klar, ob es bei großen Skalen eine grundlegende Grenze gibt. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Frage mit optisch schwebenden Nanopartikeln zu klären, die aus mehr als einer Milliarde Atomen bestehen. In diesem Projekt werden zwei räumlich getrennte Nanopartikel von einem Paar fokussierter Laserstrahlen eingefangen und in einen optischen Resonator positioniert. Der Resonator sorgt dafür, dass die beiden Teilchen über ihr eigenes Streulicht interagieren. Durch Kontrolle der Freiheitsgrade der Laser (Intensität, Polarisation, Frequenz) und der Position der Nanopartikel im Resonator werden wir ein Verfahren entwickeln, um die beiden Teilchen zu verschränken. Dieses Protokoll wird in einem synergistischen Ansatz zwischen Theorie und Experiment entwickelt. Der Nachweis der Quantenverschränkung mit massiven Objekten ermöglicht die Erforschung grundlegender Fragen, z. B. ob Gravitation eine Quantenbeschreibung erfordert und ob die Quantenbeschreibung der Natur bei ausreichend großen Längenskalen zusammenbricht. Neben diesen grundlegenden Fragen bietet die Quantenverschränkung mit massiven Objekten potenzielle Anwendungen in der Metrologie und der Sensorik.