Multipartite Entanglement in Atomic Systems

Ein Schlüsselelement für die meisten Quantentechnologien ist Verschränkung, eine Art Korrelation, die es nur in der Quantenmechanik gibt. In der Quantensensorik verbessert die Verschränkung beispielsweise die Empfindlichkeit interferometrischer Messungen: Die relative Phase zweier interferierender Wellen kann genauer gemessen werden, wenn die Wellen anfänglich verschränkt sind. Diese Methode wird beispielsweise f ür Licht Wellen am Gravitationswellen-Interferometer LIGO angewendet. Im MENTA-Projekt zielen wir darauf ab, mehrteilige Verschränkung zwischen einer kleinen Anzahl (>2) räumlich getrennter Atomwolken zu erzeugen, zu verifizieren und zu charakterisieren. Ein zentrales Ziel unseres Projekts ist es, robuste, experimentell zugängliche Kriterien zu entdecken, um die vielen Facetten mehrteiliger Quantenkorrelationen zu erkennen, zu charakterisieren und zu erforschen. Vielteilige Verschränkung stellt gewaltige Herausforderungen, die sich aus der exponentiellen Zunahme der Möglichkeiten (=Hilbert- Raum-Dimension) mit der Anzahl der Quantensysteme ergeben. Eine vollständige Klassifizierung von mehrteiliger Verschränkung fehlt in der Literatur.Sogar die Möglichkeiten, die Klassen verschränkter Zustände zu beobachten und zu charakterisieren, sind noch weitgehend unerforscht; ebenso die Quantenvorteile für verschiedene Quanteninformationsanwendungen. MENTA ist eine Zusammenarbeit von vier experimentellen Gruppen aus Deutschland, Frankreich, Italien und Österreich und zwei theoretischen Gruppen aus Spanien und Italien. Ein entscheidender Bestandteil des Projekts ist die enge Zusammenarbeit zwischen den theoretischen Gruppen, um die Erforschung der vielen möglichen experimentellen Strategien zu inspirieren und zu lenken. In MENTA werden wir verschiedene experimentelle Ansätze untersuchen, die auf folgendem fundamentalen Prinzip basieren: Die Wechselwirkungen zwischen Atomen in einem dichten, ultrakalten Ensemble induzieren Verschränkung. Je nach experimenteller Anordnung sind entweder die Impulse oder die Position der Atome oder ihre Spins verschränkt. I m letzteren Fall muss die Verschränkung auf Ort oder Impuls übertragen werden, um getrennte verschränkte Wolken zu erhalten. Ziel ist es experimentelle Protokolle zu finden die die robusteste und nützlichste Verschränkung liefern. Dieses erfordert auch, ein tiefes theoretisches Verständnis der mehrteiligen Verschränkung zu erarbeiten. Durch die Kombination von experimentellen Untersuchungen und theoretischen Bemühungen werden wir neue Konzepte entwickeln, um diese Art der Verschränkung zu beschreiben , zu verifizieren und im Experiment anzuwenden.