Experimental study of quantum information processing with neutral atoms in optical micro-structures

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Aufgrund der herausragenden Möglichkeiten zur Quantenkontrolle und der erreichbaren langen Kohärenzzeiten sind lasergekühlte neutrale Atome hervorragend für die Untersuchung der Quanten-Informationsverarbeitung geeignet. Es stehen vielfältige Techniken zur Manipulation von internen und externen Freiheitsgraden zur Verfügung. Dekohärenzprozesse können gezielt analysiert, beherrscht und durch die extrem schwache Kopplung der Atome an die Umgebung in hohem Maße unterdrückt werden. Die Untersuchung verschiedenster Verschränkungsmechanismen und elementarer Quantenschaltungen ist möglich. Ein Großteil der dazu vorgeschlagenen Mechanismen beruht auf der Wechselwirkung der Atome mit Lichtfeldern. Darunter fallen die Speicherung und die Laserkühlung sowie die Erzeugung von kohärenten Superpositionszuständen. Durch die neuesten Entwicklungen in der Mikro- und Nanofertigung von optischen Komponenten ist eine wesentliche Erweiterung dieser Manipulationsverfahren zu erwarten. Die Flexibilität in der Herstellung erlaubt die Bereitstellung von Lichtfeldern, die durch konventionelle optische Systeme nicht erzeugt werden können. Hervorzuheben ist dabei besonders die Miniaturisierbarkeit, die Integrierbarkeit und vor allem die Skalierbarkeit mikrooptischer Systeme. Die Verknüpfung der herausragenden Eigenschaften von neutralen Atomen als Träger von Quanteninformation mit den neuesten Techniken der Mikro- und Nanofabrikation optischer Systeme steht im Zentrum unserer Arbeiten. Dadurch lässt sich eine erhebliche Erweiterung bisheriger Untersuchungen zur Quanten-Informationsverarbeitung erreichen. Grundlegende Fragestellungen der Physik der Informationsverarbeitung und Fragen der technischen Implementierung von entsprechenden mesoskopischen Gesamtsystemen können gleichermaßen untersucht werden.