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Quanten Verschränkung, Dephasierungs- und Dekohärenz-Effekte in Neutronenexperimenten
01.01.2009 - 19.05.2014
Forschungsförderungsprojekt
Quantenkohärenz und Verschränkung gehören zu den fundamentalen Eigenschaften von Quantensystemen und zählen zu den interessantesten Aspekten der Quantenmechanik (QM), die derzeit studiert werden. Sie bilden die Grundlage für die neuen und aufstrebenden Gebiete der Quanteninformation und des Quantencomputings. Das tiefere Verständnis der Quantenphysik, insbesondere der beiden Teilbereiche der Verschränkung und der Dekohärenz, ist das Hauptziel des vorliegenden Projekts. Das primäre physikalische Interesse bezieht sich auf Neutronen, die in interferometrischen und polarimetrischen Experimenten untersucht werden. Das Studium der qm Eigenschaften von massiven Systemen - im Gegensatz zu Photonen - ist attraktiv und voller Herausforderungen. Neutronen sind geeignete Objekte, um das qm Verhalten von Spin-1/2 Teilchen zu untersuchen: Sie erlauben eine relativ einfache experimentelle Kontrolle und der Neutronenspin ist das einfachste Zwei-Zustands-System, das geeignet durch magnetische Felder manipuliert werden kann. Wie man in der Vergangenheit immer wieder gesehen hat, wurden viele Quantenphänomene zuerst mit Neutronen und erst später in anderen System beobachtet. In Kombination mit interferometrischen Messungen bietet das System der Neutronen genügend Reichhaltigkeit um interessante Eigenschaften, wie z.B. Verschränkung, zu zeigen. Die Kopplung der Neutronen an ein externes magnetisches Feld erlaubt selektive Spin-Manipulationen des Quantenzustandes. Dies kann verwendet werden, einerseits um Verschränkung zu erzeugen, wobei die Verschränkung zwischen verschiedenen Freiheitsgraden (z. B. Spin und Weg) auftritt, und andererseits um eine Dephasierung bzw. Dekohärenz durch variierende Magnetfelder einzuführen. Beide Aspekte der QM, die sich im Neutroneninterferometer offenbaren, sind von großer Wichtigkeit und werden im im Verlauf der Arbeit am vorliegenden Projekt detailliert behandelt. Die Resultate des Forschungsprojekts sind von fundamentalem Interesse. Neutronen sind sehr geeignete Teilchen, um die grundlegenden Eigenschaften der QM zu testen, denn im Gegensatz zu Atomen und Molekülen können sie im Experiment ohne nennenswerte Störungen manipuliert und kontrolliert werden. Neben der Untersuchung fundamentaler Fragen zur QM, wie Verschränkung und Dekohärenz, liefert das Projekt auch Antworten auf die Frage, wie sich Teilchen mit Spin in Magnetfeldern verhalten. Die Resultate haben einen weiten Anwendungsbereich, z. B. in der Atomoptik, wo die Ergebnisse direkt verwertbar sind. Neben den theoretischen Arbeiten des Antrages werden in Zusammenarbeit mit Experimentalphysikern Strategien zu entwickeln, die eine direkte experimentelle Umsetzung der Forschungsergebnisse erlauben. Die Experimente werden am Institut Laue-Langvine (ILL) in Grenoble in Frankreich durchgeführt.
Personen
Projektleiter_in
Katharina Durstberger-Rennhofer
(E141)
Institut
E141 - Atominstitut
Förderungmittel
FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National)
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
Forschungsschwerpunkte
Quantum Metrology and Precision Measurements: 20%
Quantum Modeling and Simulation: 40%
Design and Engineering of Quantum Systems: 40%
Schlagwörter
Deutsch
Englisch
Neutroneninterferometrie, Neutronenpolarimetrie
Neutron interferometry, neutron polarimetry
Verschränkung für Einzelteilchen
Entanglement for single particles
Dekohärenz und Dephasierung
Decoherence and dephasing
Zeitabhängige Magnetfelder
Time-dependent magnetic fields
Photonenaustauschprozesse
Photon exchange processes
Publikationen
Publikationsliste