Projektbeschreibung
Quantensimulationen beleuchten starke Kopplung zwischen Licht und Materie
Die Quantenoptik untersucht Phänomene, bei denen Licht und dessen Wechselwirkungen mit Materie auf submikroskopischen Ebenen eine Rolle spielen. Mehrere, fest mit dem gleichen sie umgebenden Medium gekoppelte Quantenemitter zeigen interessante Strahlungseigenschaften, wie etwa gerichtete Abstrahlung, Chiralität und Subradianz. Das EU-finanzierte Projekt QuSLAM wird Quantensimulationen künstlicher Quantensysteme, die auf stark an Bandstrukturen gebundenen ultrakalten Atomen beruhen, ausführen, um Wege für die Entwicklung von Systemen mit langanhaltenden Strahlungszuständen zu finden. Die Forschungsarbeiten werden weiterführende Erkenntnisse zu fundamentalen und technischen Aspekten liefern, die die Kopplungsstärke bei Quantensystemen und derzeit gebräuchlichen Experimentierplattformen begrenzen. Zu den Anwendungsgebieten zählen hauptsächlich die Messtechnik und die Datenverarbeitung in Quantencomputern.
Ziel
Quantum optics describes the emission and absorption of radiation by quantum systems. The most interesting effects of the coupling between quantum emitters and their environment (a bath) appear when this coupling becomes strong.
If multiple quantum emitters are coupled strongly to the same bath, the emitters themselves interact strongly via the bath, opening the way to engineered many-body quantum systems with interesting radiative properties, such as directional emission, chirality, and subradiance.
However, fundamental and technical issues limit the coupling strength achievable with state-of-the-art experimental platforms: emitters placed in microcavities or coupled to nanophotonic structures.
To circumvent these issues, the applicant proposes to realize an analog quantum simulation of quantum emitters strongly coupled to baths with engineered band structures in one and two dimensions. In this quantum simulation all relevant parameters will be arbitrarily tunable allowing the realization of all system regimes, including the strong coupling regime. This tunability will be achieved by replacing the quantum emitter with an artificial two-level quantum system. Ultracold strontium atoms trapped in optical lattices will be used for this purpose.
The implemented quantum simulator will be used to realize and directly image bound states in one and two dimensions that could enable strong long-range atom-atom interactions.
Furthermore, by tailoring the emission direction and dynamics of multiple emitters in 1D and 2D, unprecedentedly long-lived subradiant states will be engineered, with applications in precision measurements, metrology, and quantum computing.
This project will also open up the possibility of going beyond the physics of photonic baths and engineering both noninteracting and strongly-interacting baths, consisting of either bosonic or fermionic particles, that have no analog in quantum optics.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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