Cavity QED with singel trapped ions

Die Forschungsergebnisse der Quantenmechanik über die Eigenschaften von kleinsten Einheiten haben in den letzten Jahren eine grundlegende Veränderung des physikalischen Weltbildes bewirkt. Die experimentellen Ergebnisse auf diesem Gebiet führen zum jetzigen Zeitpunkt nicht nur zu neuen Interpretationen und Sichtweisen in der physikalischen Grundlagenforschung, sondern auch zu neuen Zukunftstechnologien, die das Potential einer Revolutionierung der Technik in Aussicht stellen. Zur Ausschöpfung dieses Innovations-potentials kooperieren in der Quantenphysik international führende Forschungsgruppen an den Universitäten von Innsbruck und Wien und am Atominstitut der österreichischen Universitäten bei der theoretischen und experimentellen Untersuchung der Manipulation immer komplexerer Quantensysteme. Der dafür eingerichtete Spezialforschungsbereich des FWF ermöglicht diese Zusammenarbeit und schafft dafür optimale Rahmenbedingungen. Die untersuchten Gebiete umfassen unter anderem die Quanteninformation, die Bose Einstein Kondensation, die Materiewelleninterferenz mit Neutronen, Atomen und Makromolekülen sowie die Präparation und Untersuchung von isolierten, gefangenen Quanten wie Ionen oder Neutronen. Die theoretische Untersuchung von Quantenphänomenen und die Entwicklung neuer Anwendungsmöglichkeiten geht der experimentellen Realisierung voraus. Konkret werden neue Schemata und Protokolle für die Quantenkommunikation, neue Methoden zur Kühlung von Atomen, Ionen und Molekülen und zur Quanten- Fehlerkorrektur sowie Schaltelemente für den Quantencomputer entworfen. Quanteninformation umfasst derzeit die neuen Technologien des Quantencomputers, der Quantenteleportation und der Quantenkryptographie. Quantenteleportation und Quanten-kryptographie wurden bereits experimentell unter Laborbedingungen nachgewiesen. Ionen-fallen und Bose Einstein Kondensate gelten als vielversprechende Grundbausteine für das Projekt "Quantencomputer". Technische Anwendungsmöglichkeiten zeigen sich zum jetzigen Zeitpunkt hauptsächlich in den Gebieten der Kommunikations- und Computertechnologien. Ein zukunftsträchtiger Bereich der Physik der Quantenphänomene ist die Ausweitung der Quantengrenze. Objekte von steigender Größe und Komplexität werden auf ihre Quanten-eigenschaften hin untersucht. In diesem Gebiet trifft sich die Quantenphysik mit den ebenso aktuellen Bereichen der Nanotechnologie und der biochemischen Forschung. Ein spannendes Gebiet in diesem Bereich ist die Untersuchung der Dekohärenz. Dieser Fachbegriff bezeichnet den Übergang zwischen klassischen Eigenschaften und Quanteneigenschaften, der durch die Wechselwirkung mit der Umgebung eintritt. Die Ausweitung der Quantengrenze ist ein wichtiges Ziel der Bose Einstein Kondensation und der Experimente mit Makromolekülen. Bose Einstein Kondensation ist ein neuartiger Materiezustand. Bis zu 10 Millionen Teilchen befinden sich am absoluten Temperaturnullpunkt in einem gemeinsamen Quantenzustand. Dieses Phänomen wurde an einem verdünnten Neutralatomgas bereits experimentell nachgewiesen. Ein nächster Meilenstein für Technologie und Grundlagenforschung könnte die Anwendung für die Entwicklung einer laserartigen Quelle für massive Teilchen sein, die die Lithographie sehr kleiner Strukturen ermöglichen würde. Durch Experimente des SFB wurde auch Interferenz mit C60 und C70 Fulleren Molekülen nachgewiesen und damit den Weltrekord für die schwersten Objekte, die Welle-Teilchen-Dualismus zeigen, aufgestellt. Die konkreten Erfolge des SFB sprechen für sich. Eine internationale Positionierung Österreichs auf dem Gebiet der Grundlagen der Quantenphysik wurde bereits erreicht, die Entfaltung unseres Profils in den Zukunftstechnologien zeichnet sich ab.