Quantenoptik mit wechselwirkenden Photonen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Rabl
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522216022

Der spontane Zerfall eines angeregten Atoms ist ein einfaches Beispiel, welches zeigt, wie die Kopplung eines mikroskopischen Quantensystems an seine Umgebung irreversible Prozesse induzieren kann. Solche offenen Quantensysteme werden gewöhnlich unter der Annahme untersucht, dass die emittierten Anregungen, d.h. die Photonen, sich wie unabhängige Teilchen verhalten. In diesem Projekt gehen wir über diese Annahme hinaus und untersuchen System-Bad-Wechselwirkungen unter Bedingungen, in denen auch die emittierten Photonen stark miteinander interagieren. Primär sollen durch diese Forschung neue Effekte in photonischen Wellenleitern identifiziert und beschrieben werden. Durch den starken transversalen Einschluss der Felder werden nichtlineare Wechselwirkungen in solchen Wellenleitern stark erhöht und dadurch auch schon für wenige Photonen experimentell nachweisbar. Das Ziel dieses Projekts ist, elementare Prozesse der Licht-Materie-Wechselwirkungen unter solchen unkonventionellen Bedingungen analytisch und nummerisch zu modellieren, und in weiteren Schritten dann auch mögliche Anwendungen im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung zu erarbeiten. In einem letzten Schritt werden auch Licht-Materie-Wechselwirkungen in sogenannten topologischen photonischen Kristallen untersucht. In diesen Kristallen verhalten sich Photonen ähnlich wie geladenen Teilchen in einem magnetischen Feld. Dadurch ergeben sich nicht nur völlig neuartige Licht-Materie-Anregungen, sondern auch neue Möglichkeiten, photonische Systeme zur Untersuchung des Quanten-Hall-Effekts und ähnlicher Phänomene zu verwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen