Dipolare Quantengase
Die Forschungsgruppe um Francesca Ferlaino beschäftigt sich mit dipolaren Quantenphänomenen, wofür sie stark magnetische Atomspezies verwendet. So konnte die Gruppe im Jahr 2012 das erste Bose-Einstein-Kondensat mit Erbium (Er) und kurz danach das erste entartete Fermigas der selben Spezies erzeugen. Ferlaino und ihre Mitarbeiter haben mit diesem System bereits mehrere dipolare Wenig- und Vielteilcheneffekte nachgewiesen, wie z.B. die Beobachtung der durch die Wechselwirkung verursachten Deformation der Fermioberfläche oder das komplexe Spektrum der Streuresonanzen aufgrund der dominanten anisotropen Wechselwirkung. Sie wollen erstmals eine ultrakalte Mischung zweier stark magnetischer Elemente, Erbium (Er) und Dysprosium (Dy), erzeugen und damit den Grundstein zur Erforschung von komplexen, geometrieabhängigen Quantensysteme legen.
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Ultrakalte Atome und Quantengase
Die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Rudolf Grimm untersucht ultrakalte Teilchensysteme, bestehend aus optisch gespeicherten Quantengasen sehr nahe am absoluten Nullpunkt. Solche Systeme repräsentieren aufgrund ihrer hervorragenden experimentellen Zugänglichkeit und Kontrollierbarkeit einzigartige Modellsysteme für die Untersuchung von komplexem Quantenvielteilchenverhalten. In konventionellen Systemen schwer zugängliche Quantenphänomene und ihre Parameterabhängigkeiten lassen sich so präzise untersuchen. So gelang es der Forschungsgruppe, erstmals Efimov-Zustände zu beobachten und das Phänomen des "Zweiten Schalls" nachzuweisen. Die Schwerpunkte der experimentellen Arbeiten liegen auf fermionischen Teilchensystemen, die sich in ultrakalten Systemen mit kontrollierbaren Wechselwirkungen realisieren lassen, sowie auf Quantensystemen, die aus wenigen stark wechselwirkenden Teilchen zusammengesetzt sind.
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Supraleitende Quantenschaltkreise
Die Forschungsgruppe um Gerhard Kirchmair arbeitet an supraleitenden Schaltkreisen und deren Anwendung in der Quanteninformationsverarbeitung und Quantensimulation. Die quantenmechanischen Eigenschaften dieser Schaltkreise werden mit Hilfe von supraleitenden Josephson-Kontakten realisiert. Mit lithographischen Verfahren, ähnlich jenen in der Mikrochipherstellung, lassen sich die Quanteneigenschaften so ändern und kontrollieren, dass künstliche Atome hergestellt und diese an Mikrowellenresonatoren gekoppelt werden können. Diese sogenannten „cavity quantum electrodynamic systems“ sind ideal zur Erforschung der Licht-Materie-Wechselwirkung geeignet und gelten als vielversprechende Systeme zur Realisierung eines Quantencomputers. Die Forschungsgruppe untersucht darüber hinaus die Kopplung solcher Schaltkreis an andere Quantensysteme wie z.B. Ionen, kalte Atome oder mechanische Resonatoren. Diese hybriden Systeme eröffnen neue Möglichkeiten für die Erforschung von Quanteneffekten und zur Entwicklung sehr präziser Messverfahren.
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Quantenoptik und Vielteilchenphysik
Die Forschungsgruppe unter der Leitung von Hannes Pichler beschäftigt sich mit quantenoptischen Systemen, Quanten-Vielteilchenphysik und Quanteninformation. Ziel der Gruppe ist es, die theoretischen Grundlagen für Experimente der nächsten Generation in der Quantenwissenschaft und -technologie zu schaffen, oft in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Teams. Die Hauptforschungsinteressen konzentrieren sich auf die Entwicklung der theoretischen Werkzeuge, um Quanten-Vielkörpersysteme zu verstehen und zu beschreiben, Protokolle zu ihrer Manipulation und Untersuchung vorzuschlagen und Anwendungen zu entwickeln, die Quanten-Vielkörpereffekte ausnutzen.
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