Research

Arbeitsgruppe Univ. Prof. Dr. Rainer BLATT

Die AG Blatt arbeitet an der experimentellen Realisierung der Grundlagen der Quanteninformationstheorie. Wichtigste Arbeitsergebnisse der beiden letzten Jahre waren der Nachweis von quantenmechanisch verschränkten Zuständen mit einer Lebensdauer von mehr als 20 Sekunden, die deterministische Teleportation des Quantenzustandes eines Kalzium-Ions auf ein anderes Ion und die experimentelle Realisierung und vollständige Charakterisierung quantenmechanischer Verschränkung von drei bis acht Ionen. Für die Analyse der Verschränkung erwies sich die Kooperation mit der Arbeitsgruppe um Hans Briegel als sehr fruchtbar. Weiters wurde ein neues Quanteninformationsexperiment mit 43Ca⁺ Ionen aufgebaut. Damit sollen komplexe Quantenzustände erzeugt und einfache Quantenalgorithmen mit hoher Güte demonstriert werden.

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Arbeitsgruppe Univ. Prof. Dr. Hans BRIEGEL

Die Arbeitsgruppe erforscht Modelle für Quantencomputer und Grundlagen der Quanteninformationstheorie. Wichtigste Arbeitsergebnisse waren die Entwicklung einer umfassenden Theorie so genannter Graphenzustände und ihrer Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung, die Charakterisierung von Vielteilchenverschränkung in geordneten und ungeordneten Quantensystemen (Spingitter und Spingase) und die Entwicklung neuer Methoden der Quantenfehlerkorrektur, einschließlich eines Reinigungsprotokolls für so genannte W-Zustände. Solche Zustände wurden kürzlich im Labor der AG Blatt mit gekühlten Ionen hergestellt und ihre Verschränkung mit Hilfe fortgeschrittener theoretischer Methoden nachgewiesen. Weiters wurde die (algorithmische oder) Beschreibungskomplexität von verschränkten Quantenzuständen untersucht.

News: Quanteneffekte in der Biologie? (Quantum Effects in Biological Systems?)

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Arbeitsgruppe Univ. Prof. Dr. Rudolf GRIMM

Schwerpunkte der Arbeitsgruppe unter der Leitung von Wittgenstein-Preisträger Rudolf Grimm sind Bose-Einstein-Kondensate (BEC) aus Atomen und Molekülen sowie fermionische Quantengase. Dabei werden die mit neuesten Lasertechnologien fast auf den absoluten Nullpunkt bei minus 273,15 Grad abgekühlten Teilchen mit Hilfe von Laser- und magnetischen Fallen in der Mitte einer Vakuumzelle ?gefangen?. Im Jahre 2002 gelang die weltweit erste Erzeugung eines BEC aus Cäsium-Atomen, welches besonders vielseitige Wechselwirkungen bietet. Ein Jahr später erzeugte das Team erstmals ein BEC aus Molekülen. Im Oktober 2004 begann die Gruppe mit dem Aufbau eines innovativen und flexiblen Experiments, das es erlauben wird, entartete Lithium-, Kalium- und Strontium-Quantengase und deren Mischungen zu untersuchen. Die Aussicht heteronukleare Moleküle erzeugen zu können und die Verfügbarkeit eines Erdalkali-Elements wird neue Klassen entarteter Quantengase zugänglich machen.

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Arbeitsgruppe Univ. Prof. Dr. Anton ZEILINGER

Der Arbeitsgruppe Zeilinger gelang die Teleportation eines Photons über eine Distanz von 600 Metern über die Donau und die Realisierung eines photonischen ?Bell-State-Analyzers?, der Quantenteleportation mit erhöhter Effizienz ermöglicht. Es wurde überdies ein CNOT-Gate für die Quanteninformationsverarbeitung und ein auf linearer Optik basierendes Vier-Photonen-Interferometer entwickelt. Arbeiten zu Bell'schen Ungleichungen in der Quantenkommunikation führten unter anderem zur Quanteninformationsverarbeitung mit Clusterzuständen. Mit der Demonstration des von der H. Briegel mitentworfenen so genannten "One-Way Quantum Computer" eröffnete sich eine völlig neue Arbeitsrichtung. Anfang 2005 demonstrierte die Gruppe die weltweit erste Banküberweisung mit Quantenkryptographie. Weiters wurde ein Kommunikationsprotokoll mit Hilfe verschränkter Qutrits realisiert, bei dem sogar zwei einander nicht vertrauende Partner sicherstellen können, dass die Gegenseite korrekt vorgeht. Die Gruppe erbrachte außerdem den Nachweis für Verschränkung im freien Raum über eine Distanz von 7,8 km über den Dächern von Wien.

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Arbeitsgruppe Univ. Prof. Dr. Peter ZOLLER

Die Forschungsthemen der Arbeitsgruppe um Wittgenstein-Preisträger Peter Zoller sind in den Gebieten der theoretischen Quantenoptik und Atomphysik, der Quanteninformation und seit kurzem auch der Theorie kondensierter Materie angesiedelt. Im Vordergrund der Betrachtungen stehen die theoretische Beschreibung realer physikalischer Systeme in enger Zusammenarbeit mit dem Experiment, wie auch interdisziplinäre Verbindungen der genannten Gebiete. Auf dem Gebiet kalter Quantengase wurden insbesondere stark korrelierte Systeme von Atomen in optischen Gittern untersucht, wobei das Spektrum der untersuchten Systeme von der Simulation von Gittereichtheorien bis hin zu d-Wellen Hochtemperatursuprafluidität und dem Vorschlag eines atomaren Verstärkers (Ein-Atom Transistor) reichte. Im Vordergrund des Interesses standen weiters kalte gefangene Ionen im Hinblick auf den Bau skalierbarer Quantenrechner mit theoretischen Vorschlägen, wobei besonders schnelle Quantengatter, mesoskopische Systeme von Ionenfallen und auch rein quantenoptische Themen wie Quantenrückkopplung von Interesse waren. In den beiden letzten Jahren hat sich die Gruppe auch immer mehr Festkörperproblemen zugewandt. Dazu gehörten Untersuchungen zum Quantenrechnen mit Quantenpunkten wie auch die Quantenoptik mit Nanoresonantoren.

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