(1) Strahlungswechselwirkung optisch dichter, klassischer und Quantengase, (2) Quantenlogik und Quantenkommunikation mit einzelnen Photonen

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I. Strahlungswechselwirkung optisch dichter, klassischer und Quantengase:Ziel des Projektes ist die Berechnung von Linienverschiebungen sowie von Änderungen der Strahlungsrelaxationsraten aufgrund von Lokalfeldeffekten und Vielfachstreuung spontan emittierter Photonen. Bisherige theoretische Untersuchungen beschränkten sich entweder auf optisch dünne Medien bzw. vernachlässigte Einflüsse von Schwerpunktskorrelationen der Atome. Im beantragten Projekt soll ein vom Antragsteller entwickelter Formalismus zur Beschreibung der Einflüsse von Lokalfeldeffekten und Vielfachstreuungen (i) auf die innere Dynamik von Atomen in einfachen Gitteranordnungen, (ii) auf Gase mit gegebenen 2-Teilchen-Schwerpunktskorrelationen und (iii) auf Quantengase erweitert werden. Es soll untersucht werden, inwieweit Linienverschiebungen und Änderungen von Relaxationsraten aufgrund von Lokalfeldeffekten zur Messung von Schwerpunktskorrelationen genutzt werden können. Die Untersuchung des Einflusses der Vielfachstreuung von spontanen Photonen auf den Bewegungszustand der Atome ist nicht Gegenstand des vorliegenden Projektes.II. Quantenlogik und Quantenkommunikation mit einzelnen Photonen:Elektromagnetisch induzierte Transparenz optisch dichter, atomarer Gase innerhalb eines Resonators erlaubt es, 1-Photonenzustände des freien Feldes in kollektive atomare Zustände zu transferieren. Im Gegensatz zu bisherigen theoretischen Vorschlägen basierend auf der Kopplung eines einzelnen Atoms an eine Resonatormode einer Mikrokavität ist hierbei keine starke Kopplung der Kavität notwendig. D.h. die Vakuum Rabi-frequenz g des Resonators muss nicht groß gegenüber dem geometrischen Mittel aus Resonatorzerfallsrate und der Rate der Spontanemission sein. Ziel des Forschungsprojektes ist es (a) Speicher für verschränkte Quantenzustände von Photonen zu entwickeln und (b) basierend auf diesem Effekt Realisierungen von quantenlogischen Operationen in Resonatoren moderater Kopplung mit großen Anzahlen von Atomen zu finden und zu untersuchen.