Quantum-information processing with photons and collective atomic excitations

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Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung eines skalierbaren Verfahrens zur Quanteninformationsverarbeitung. Grundidee ist die Verwendung von (a) kollektiven atomaren Anregungen als qubit-Speicher und (b) Photonen zur Informationsübertragung. Im ersten Teil des Projektes soll die Rolle von Dekohärenzprozessen in Systemen mit kollektiven Anregungen untersucht werden. Das Ziel ist dabei, ein robustes Quantennetzwerk zu entwickeln, welches in allen Elementen tolerant gegenüber Ein-Atom Fehlern ist. Zum Verständnis der Dipol-Blockade als Grundelement von 2-bit Operationen zwischen kollektiven Anregungen und zur theoretischen Vorarbeit für ihre experimentelle Verifizierung soll in einem zweiten Teil die optische Response eingefrorener Rydberg-Gase mit resonanter Dipol-Dipol-Wechselwirkung berechnet werden. Im Zentrum des dritten Teils des Projektes steht die Erzeugung von N-Teilchenverschränkung durch Speicherung nichtklassischer Quantenzustände des Lichtes bzw. der Ausnutzung der Dipol-Blockade. Die Generierung von Atomwellenpaketen in definierten Quantenzuständen mit Hilfe dieser Verfahren wird im vierten und letzten Projektteil untersucht.