Korrelierte Teilchen in 1D Nichtgleichgewichts-gasen

Das COPANEQ Projekt (`Correlated particles generation in non-equilibrium 1D gases`) hat zum Ziel, die zeitliche Entwicklung von eindimensionalen Quantensystemen in Nichtgleichgewichts- Zuständen zu verstehen. Werden atomare Gase auf ultrakalte Temperaturen abgekühlt, geraten sie in das Quantenregime und beginnen sich wie Materiewellen zu verhalten. Beispielsweise weisen sie, wie auch Lichtwellen, in diesem Regime Interferenzen auf. Im Gegensatz zu Licht wechselwirken Atome jedoch miteinander, wobei Korrelationen zwischen den Atomen entstehen. Diese Korrelationen beeinflussen die zeitliche Entwicklung des atomaren Quantengases. Durch die Ausbreitung von Korrelationen erhöht sich die Komplexität des atomaren Zustandes dramatisch mit der Zeit. Damit erhöhen sich auch die benötigten Rechnerressourcen um diesen Zustand mithilfe eines klassischen Computers zu berechnen dramatisch. Ein Experiment direkt an den Atomen durchzuführen ist deshalb ist der effizienteste Weg, die Auswirkungen der Korrelationen zwischen den Atomen auf die Dynamik des Quantengases und die Entstehung von neuen Korrelationen zu untersuchen. Im COPANEQ Projekt werden wir einen Atomchip verwenden um Atome in einer elongierten Geometrie zu fangen und ihren Zustand zu manipulieren. Ein Atomchip ist eine mikrofabrizierte und wenige Quadratzentimeter große Struktur, welche es erlaubt vielfältigste elektromagnetische Felder präzise zu erzeugen und zu kontrollieren. Die Besonderheit unseres Experimentes liegt darin, dass wir Atome in einem angeregten Bewegungszustand erzeugen können. In diesem Zustand ist die mittlere Geschwindigkeit null, die Geschwindigkeitsverteilung unterscheidet sich jedoch von jener des Gleichgewichtsszustandes. Durch diese Nichtgleichgewichts-Situation wird eine Dynamik ausgelöst, in der Korrelationen zwischen den Geschwindigkeiten der Atome entstehen. Wir werden insbesondere eine Situation untersuchen, in der Paare verschränkter Atome emittiert werden. Korrelationen in diesem Zustand können nicht mehr klassisch, sondern nur mit Quantenmechanik beschrieben werden. Während verschränkte Zustände aus Licht seit Jahrzehnten erzeugt werden und heute eine ausgereifte Technologie sind, die beispielsweise Anwendung in der Quantenkryptographie findet, müssen Schemata zur Erzeugung von paarweise verschränkten Atomen erst entwickelt werden. Das COPANEQ Projekt ist Teil dieser Bemühungen.