Neutronen-Polarimetrie hat sich zu einer ideale Methode zur Untersuchung von fundamentalen Fragen der Quantenmechanik mittels massiver Teilchen entwickelt. Dies zeigt sich besonders bei Experimenten die hohe Stabilität und Effizienz für die Beobachtung quantenmechanischer Phänomene erfordern. Erwähnt sein hier das nicht-Kommutieren der Pauli Spin Matrizen, Experimente im Bereich der geometrischen Phasen, sowie Nachweis von Verschränkung innerer Freiheitsgrade des Neutrons.
Dieses Projekt hat die folgenden drei Hauptziele:
(i) Entwicklung eines Verfahrens für „schwache Messungen“ mittels nicht-idealer Stein-Gerlach Apparate im Neutronen Polarimeter
(ii) Untersuchungen von topologischen Phasen, genauer gesagt Phasen die von nicht-unitären Evolutionen stammen, sowie einer Erweiterung des Sagnac Effektes, die Sagnac Mashhon Phase
(iii) Tomographische Bestimmung der Dichte Matrix eines maximal verschränken Bell Zustandes und Rekonstruktion der Wigner Funktion eines „Schrödinger-Katzen- Zustandes“
Ausgehend von der Annahme, dass der Werte einer Observablen sowohl von einem pre- als auch von einem post-selektierten Zustandsvektor abhängen, entwickelten Aharonov und seine Mitarbeiter das so genannte „schwache Messungen“ Scenario, in welchem der gemessene Wert weit außerhalb des üblichen Bereiches der Eigenwerte liegen kann. Ein diesbezügliches Experiment mit Neutronen ist noch ausständig. Der zweite Schwerpunkt des Forschungsprojektes ist topologischen Phasen gewidmet. Hierbei gilt unser besonderes Interesse den nicht-unitären Evolutionen, die zumeist mit „offenen Quantensystemen“ in Zusammenhang gebracht werden. Eine geometrische Phase hängt ausschließlich von Evolutions Weg ab, unterscheidet sich aber dennoch von der üblichen geometrischen Phase unitärer Evolutionen. Zusätzlich wird eine neutronen-polarimetrische Version des Sagnac Effekts, welcher ursprünglich den Einfluss einer Drehung auf die Phasenlage von Licht das sich durch ein Interferometer bewegt beschreibt, mittels eines langsam rotierenden Magnetfeldes untersucht. Der letzte Punkt des Projekts ist der Nachweis von Verschränkung mittels Quanten Zustands Tomographie. Zur Erfassung eins aus zwei Qubits (Spin und Energie des Neutrons) bestehenden Quantensystems ist die Messung von 16 Observablen erforderlich. Ein Hochfrequenz Spin Flipper Systems, bei dem sowohl Energie als auch Spin des Neutrons manipuliert werden (durch Photonenaustausch mit dem Feld), bildet die Grundlage für die Bestimmung der Dichte Matrix als auch der Rekonstruktion der Wigner Funktion von „Schrödinger-Katzen- Züstanden“. Hierfür bedarf es der Entwicklung eines „state-of-the-art“ Hochfrequenz Spin-Flipper Systems.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass in diesem Projekt experimentelle Untersuchungen vorrangig sind, während theoretische Unterstützung von kooperierenden Gruppen im In- und Ausland gegeben wird. Ziel des Projekts ist es einen Beitrag zum schnell wachsenden Feld der Quantenoptik/Information zu leisten, aber auch ein besseres Verständnis grundlegender Konzepte der Quantenmechanik, unter Ausnützung spezifischer Eigenschaften des Neutrons, zu erlangen.
