Theoretische Quantenoptik und Quanteninformation

Wittgenstein-Preis Z 30Theoretische Quantenoptik und QuanteninformationPeter ZOLLER19.06.1998 Im Rahmen der Quantenoptik gilt unser Interesse (i) der Entwicklung theoretischer Methoden zur Beschreibung offener getriebener Quantensysteme und (ii) Untersuchungen spezieller Modellsysteme wie lasergekuhlte gefangene Atome und Ionen, und Hohlraum Quantenelektrodynamik. Von speziellem Interesse sind Anwendungen in Quanteninformation, wie die Entwicklung theoretischer Konzepte und Implementierungen von Quantencomputern und Quantenkommunikation.

Forschungen im Rahmen des Wittgenstein Preises im Zeitraum 1998-2005 haben sich mit theoretischer Quantenoptik befasst, wobei insbesondere interdisziplinäre Querverbindungen von Quantenoptik und Quanteninformation und der Festkörperphysik im Vordergrund standen. Der Erfolg der Quantenoptik während der letzten zehn Jahre basiert vor allem auf Fortschritten der Kontrolle von Quantensystemen auf der Ebene einzelner Quanten bei gleichzeitiger Unterdrückung unerwünschter Wechselwirkung mit der Umgebung (Dekohärenz). Beispiele für diese Errungenschaften sind die Speicherung und Laserkühlen einzelner Atome und Ionen, die Manipulation einzelner Atome in optischen Resonatoren hoher Güte, was die Grundlage eines "quantum engineerings" von interessanten Quantenzuständen schafft. Während der letzten Jahre hat sich die Front der Forschung in Richtung der kontrollierten Realisierung größerer zusammengesetzter Quantensysteme aus Atomen und Photonen hinentwickelt. Die neue Physik in diesen Systemen ist die Verschränkung von Teilchen, was Interesse sowohl im Sinne der Grundlagenforschung, aber auch im Lichte neuer möglicher Anwendungen wie Quanteninformationsverarbeitung und Präzisionsmessungen zu sehen ist. Im Vordergrund der Untersuchungen im Rahmen des Wittgensteinpreises standen die Implementierung von Quantencomputer und Quantenkommunikation mit Methoden der Quantenoptik und Atomphysik. Die im Projekt entstandenen Forschungsarbeiten waren der Ausgangspunkt für entscheidende experimentelle Entwicklungen auf dem Gebiet der Quantenoptik und waren die Trendsetter für eine Reihe von theoretischen Entwicklungen. Dies beinhaltet speziell Ideen zur Realisierung von Quantencomputern und Quantenkommunikation mit gespeicherten Ionen und Atomen, Resonatorenelektrodynamik und atomare Gase. Weitere entscheidende Ideen betrafen den Bau von Quantensimulatoren von stark korrelierten Systemen mit kalten Atomen in optischen Gittern, wie sie in der Festkörperphysik von grundlegendem Interesse sind, welche neue Türen der Querverbindung von Atomphysik und Festkörperphysik geöffnet haben. Ein entscheidender Zug der Arbeiten war der interdisziplinäre Aspekt der Verbindungen verschiedener Fachgebiete in der Physik. Ein Teil der Arbeiten betraf auch die direkte Anwendung des Ideenpools der Quantenoptik, und insbesondere auch der Methoden der theoretischen Quantenoptik auf mesoskopische Festkörpersysteme wie Nano-Fallen für atomare Teilchen, nanomechanische Systeme und Quantenpunkte.