CEBBEC

Verschränkte Atome verbessern Inertialsensoren

Ultrakalte Atome, die nah an den absoluten Nullpunkt gekühlt werden, sind extrem präzise Messwerkzeuge. Prominentestes Beispiel ist die Atomuhr, bei der solche ultrakalten Atome zur Messung der Zeit verwendet werden. Atome können aber auch zur Messung von Inertialkräften wie Beschleunigung und Rotation eingesetzt werden. Die erreichbare Präzision ist für herkömmliche Messwerkzeuge aber fundamental begrenzt. Diese Begrenzung kann nur überwunden werden, indem die Atome miteinander „verschränkt“ werden. Verschränkte Atome zeichnen sich durch extrem starke Korrelationen aus, wie sie nur durch die Konzepte der Quantenmechanik erklärbar sind.

Für die Verbesserung von Inertialsensoren müssen nun verschränkte Atome kontrolliert werden, die verschiedene Geschwindigkeiten und verschiedene Spinausrichtungen (ihre magnetische Ausrichtung) haben. Die Erzeugung von Verschränkung zwischen Geschwindigkeitszuständen und Spinzuständen sind bisher zwei weitgehende getrennte Forschungsbereiche, die im Rahmen des Forschungsprojekts CEBBEC zusammengeführt werden sollen.

Einstein-Podolsky-Rosen- und Bell-Verschränkung und metrologische Anwendungen

Einstein-Podolsky-Rosen-Verschränkung und Bell-Verschränkung sind besonders starke Klassen von Verschränkung. Der Nachweis dieser starken Verschränkung in ultrakalten atomaren Ensembles ist erst kürzlich gelungen. Im Rahmen von CEBBEC werden europäische Arbeitsgruppen zusammenarbeiten, um theoretische und experimentelle Methoden zu entwickeln, um solche Ensemble besser zu kontrollieren und für Präzisionsmessungen nutzbar zu machen.

Dazu werden Arbeitsgruppen beitragen, die sich bisher auf die Erzeugung von Verschränkung zwischen Atomen mit verschiedenen Geschwindigkeiten spezialisiert haben. Ebenso sind Arbeitsgruppen beteiligt, die Verschränkung zwischen verschiedenen Spinzuständen hergestellt haben, sowie Experten auf dem Gebiet der Präzisionsmessung. Führende Theoretiker auf dem Gebiet der Quanteninformation und Quantenmetrologie tragen zur Entwicklung eines fundamentalen Verständnisses der erzeugten Quantenzustände bei. Zum Ende des Projekts wird die Demonstration eines Inertialsensor-Prototypen angestrebt, der eine bessere Präzision aufweist als mit unverschränkten Atomen möglich wäre.