Controlled quantum system of single neutral atoms

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Quanten-Informationsverarbeitung erfordert außer einem einfachen Systems mit geringer Dekohärenz die vollständige experimentelle Kontrolle mikroskopischer Teilchen. Wir wollen untersuchen, ob sich gespeicherte neutrale Atome eignen, Quanten-Informationen zu speichern und zu manipulieren. Wir fangen eine kleine a priori bestimmte Zahl von lasergekühlten Atomen in einer optischen Dipolfalle. Optische Dipolpotentiale lassen sich nahezu perfekt konstruieren und erlauben durch Variation von Laserparametern und Anlegen von äußeren Magnetfeldern eine schnelle "Zustandskontrolle". Durch ein Stehwellenfeld können in der Dipolfalle Mikropotentiale zur starken Lokalisierung der Atome erzeugt werden. Durch Seitenbandkühlung können die Atome in den niedrigsten Zuständen der Mikropotentiale präpariert werden. Gespeicherte neutrale Atome weisen Kohärenzzeiten im Sekunden-Bereich auf und sind unempfindlich gegen elektrische Störfelder. Zwei oder mehr neutrale Atome sollen durch die Wechselwirkung mit den Photonen eines Resonators miteinander verschränkt werden. Ein erstes Experiment dazu ist das Speichern von zwei Atomen in gezielt präparierten Quantenzuständen und ihr kontrollierter Transport in einen Resonator hoher Güte.