Ein großer Anteil an Quantensystemen und -technologien basiert auf der Interaktion von einzelnen Atomen mit Laserlicht. Die einfachste Art Atome von ihrer Umgebung zu isolieren, ist es ein atomares Gas im Ultra-Hochvakuum zu erzeugen und in (magneto-) optischen Fallen zu fangen, da nun einzelne Atome gezielt manipuliert und adressiert werden können und entsprechende Quantenzustände zugänglich werden. Damit bilden Atomquellen einen wichtigen Startbaustein für eine Vielzahl von Quantenexperimenten und Technologien. Im aktuellen Stand der Technik ist keine Entwicklung von miniaturisierten Atomquellen zu finden. Im Gegensatz sind entsprechende Quellen meist mit großen separaten Vakuumkammern mit entsprechender Peripherie und Trägheit verbunden.
Das Projekt hat zum Ziel, diese Atomquellen so zu miniaturisieren, dass diese direkt in entsprechende Aufbauten integriert werden können und erstmalig wirklich mobile, das heißt leichte und kompakte, Quantensystem gebaut werden können. Damit arbeitet die Abteilung an einer wichtigen Schlüsseltechnologie, die es dem DLR langfristig ermöglichen wird, eine Vielzahl von Quantensensorikaufbauten Luft- und Raumfahrt kompatibel zu entwickeln.
Projektziele
Ziel des Vorhabens ist eine experimentelle miniaturisierte Rubidium (Rb) Quelle, die die konkrete Anforderung eines Quantenregisters basierend auf kalten Atomgasen erfüllt. Eine Atomquelle muss kurze Beladungszeiten innerhalb von 1s mit 109 Rb Atomen ermöglichen, die in einem kollimierten Atomstrahl, mit tiefen Lateralgeschwindigkeiten, in die Fokussierungszone einer magneto-optischen Falle (MOT) einspeisen kann. Dabei soll die freigesetzte Rb Menge soweit reduziert werden, dass der geringe Hintergrunddruck der freigesetzten Atome lange Speicherkohärennzzeiten erlaubt.
Damit ergeben sich drei Entwicklungsziele:
Entwicklung gepulster Rb-Quelle: Pulsierte, dynamische Atomquellen ermöglichen eine zeitlich begrenzte Freisetzung von atomaren Gasen, und erlauben damit die Verwendung von kalten Atomen bei äußerst geringen Hintergrunddrücken.
Entwicklung kollimierter Atomstrahlen: Mit einem kollimierten Atomstrahl lassen sich Atome gezielt, punktuell in die Atomfalleneinbringen.
Erprobung und miniaturisierte Atomquelle in MOT und Eignung für Quantenregister: Demonstration und Erprobung der miniaturisierten Atomquelle für die Funktionalität an einer MOT, z.B. für die Herstellung eines Bose-Einstein-Kondensats oder ein kalte Atom-Gas Quantenregister.
Kontakt
Dr. Jakob Buchheim
Abteilungsleiter Integration von Mikro- und Nanosystemen
