Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Physik in unserer Zeit

Kalte Atome auf einem optischen Förderband

Maria Langbecker, Patrick Windpassinger

Published Jan 1, 2019• 0 citations
Publisher

Abstract

Lasergekühlte Atome in einer Hohlkernfaser sind ein ideales System, um Fragestellungen der Quantensimulation und Quanteninformation zu untersuchen. Unsere Gruppe an der Universität Mainz verwendet ein optisches Förderband, um die Atome in die Hohlkernfaser zu transportieren. Damit erreichen wir eine präzise Kontrolle über Ort, Temperatur und Anzahl der Atome.

DOI
10.1002/piuz.201970106

Related papers

Stationäre Lichtpulse und Lichtspeicherung in einem eindimensionalen kalten atomaren Ensemble hoher optischer Dichte

Frank J. Blatt

Im Rahmen dieser Arbeit sollte eine starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erreicht werden. Diese ist notwendig für effiziente lineare und nichtlineare optische Effekte, wie sie für zukünftige optische Quanten-Netzwerke und Quanten-Simulationen erforderlich sind. Hierfür wurde ein eindimensionales Medium extremer optischer Dichte (OD) erzeugt. Das verwendete Rubidium-87 erzielte innerhalb einer Hohlfaser eine OD von 1000 auf einem offenen Übergang. Dieses Medium sollte auf der Basis von EIT kohärente Effekte wie Lichtspeicherung und stationäre Lichtpulse (SLPs) ermöglichen, welche in Quanten-Netzwerken Verwendung finden sollen. Diese Effekte wurden in dieser Arbeit erstmalig in einem solchen eindimensionalen Medium hoher OD realisiert. Dabei wurden auch die besonderen Eigenschaften eines Mediums hoher OD insbesondere aufgrund nicht-resonanter Übergänge untersucht. Zur Überprüfung der Messergebnisse wurden diese mit einer numerischen Simulation verglichen. Diese berücksichtigt nicht nur die Absorption der nicht-resonanten Übergänge, sondern auch die räumlich inhomogene Verteilung der Atome innerhalb der Faser sowie die Gauß-förmige Intensitätsverteilung der verwendeten Laserstrahlen. Dies war notwendig, um die Transmission durch das Medium und Auswirkungen auf die Gruppengeschwindigkeit im Medium korrekt zu simulieren, die sich deutlich von den sonst üblichen Fällen mit homogenem Medium unterscheiden. So tritt aufgrund des räumlich unterschiedlich starken Kontrollfeldes auch räumlich unterschiedliche Transmission unter EIT auf. Dies führt zu einer inhomogenen Verbreiterung und damit Reduzierung der Gesamttransmission. Zur experimentellen Umsetzung wurde eine bestehende magneto-optische Falle (MOT) zum Kühlen und Fangen von Rubidium-87 mit asymmetrischer Form verwendet. Die asymmetrische Form führte zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Atome in transversaler und longitudinaler Richtungen, was mittels Flugzeit-Messungen und temperaturabhängigem EIT mit gegenläufigen Strahlen gemessen wurde. Die MOT wurde um eine photonische Kristall-Faser mit Hohlkern (HCPCF) erweitert. Hierfür wurde eine Halterung mit Möglichkeiten zur Ausrichtung der Faser und ein System aus Optiken zur Ein- und Auskopplung von Laserstrahlen konstruiert. Zur Führung der Atome aus der MOT zur HCPCF wurde ein optischer Trichter auf Basis einer Dunkelpunkt-MOT erzeugt. Zur Steigerung der Transfereffizienz wurde eine Verschiebung der Wolke aus kalten Atomen mittels Magnetfeldern ergänzt. Zum Transfer in die Faser und zur Führung innerhalb des Hohlkerns wurde eine optische Dipolfalle implementiert. Das dafür verwendete Lasersystem wurde auf eine ausreichende Leistung und Frequenzstabilität untersucht. Dabei zeigte ein Betrieb mit zwei longitudinalen Moden eine Verbesserung der Transfereffizienz um einen Faktor 2–5. Mit der Kombination dieser Techniken wurden erfolgreich kalte Rubidiumatome von der MOT in den Hohlkern geladen. Zum Nachweis der Atome wurde deren Anzahl in der HCPCF mittels optischem Pumpen bestimmt und es wurden Transmissionsspektren aufgenommen. Diese belegen eine Anzahl von ca. 3∙10^5 Atomen und eine OD von bis zu 1000 in der Faser. Die erreichte Transfereffizienz von bis zu 5% liegt eine Größenordnung über dem Wert in früheren Ansätzen. Die verwendete HCPCF stellte sich als stark doppelbrechend heraus, was die Polarisation des transmittierten Lichts bereits auf den Abmessungen der Atomwolke deutlich verändert und daher das ursprünglich geplante EIT zwischen Zeeman-Zuständen unmöglich machte. Deshalb wurde ein polarisationsunabhängiges Kopplungsschema zwischen Hyperfein-Zuständen gewählt. Die beiden dafür nötigen Lasersysteme wurden mithilfe einer ebenfalls auf EIT basierenden Stabilisierungstechnik in Frequenz und Phase aufeinander stabilisiert. Das System wurde zunächst erfolgreich an Atomen außerhalb der HCPCF getestet. Dann wurden innerhalb des Mediums hoher OD die Bedingungen für EIT erzeugt, um einem schwachen Nachweisfeld eine Propagation mit reduzierter Absorption zu ermöglichen. Dabei wurden die starken Einflüsse der nicht-resonanten Übergänge auf Höhe und Position des Transmissionsfensters durch den Stark-Effekt untersucht. Die Ergebnisse ließen sich mit der Simulation bestätigen und zeigen die besonderen Eigenschaften des räumlich inhomogenen Mediums hoher OD in Form einer reduzierten Transmission. Dies ist die erste Realisierung von EIT bei OD > 30 in solch einem eindimensionalen Medium innerhalb einer Hohlfaser. Danach wurde die Verzögerung von Lichtpulsen durch das Medium hoher OD aufgrund reduzierter Gruppengeschwindigkeit (langsames Licht) untersucht. Dies diente der einfachen Bestimmung der OD und dem Auffinden geeigneter Parameter der OD und der Kontroll-Rabi-Frequenz für Lichtspeicherung und SLPs. Dabei konnte ein Lichtpuls bis um das Doppelte der Pulslänge verzögert werden, was sicherstellte, dass sich nahezu der gesamte Puls im Medium befand. Die nicht-resonanten Übergänge begrenzten dabei die erreichbare Transmission. Die Verzögerung der Lichtpulse entsprach aufgrund der inhomogenen Verbreiterung nicht den bekannten Werten in homogenem Medium, konnte aber mit der Simulation richtig beschrieben werden. Die hier gezeigten Experimente mit langsamem Licht stellen die erste Untersuchung bei OD > 30 im eindimensionalen Medium dar. Als nächstes wurden Lichtpulse im Medium als kohärente Überlagerung von Spin-Zuständen gespeichert. Diese Lichtspeicherung in einem atomaren Ensemble ist in später geplanten möglichen Anwendungen als Quanten-Speicher und Quanten-Repeater von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wurde dabei eine absolute Speichereffizienz von 23 % erreicht. Wie Simulationsergebnisse zeigen, wäre ohne die Absorption durch nicht-resonante Übergänge eine höhere Effizienz möglich. Die im Experiment erreichte relative Effizienz von 60% (Anteil des langsamen Lichts, der gespeichert und wieder ausgelesen wurde) zeigt das theoretisch hohe Potential des Mediums als Quanten-Speicher. Es konnten Pulse für Speicherzeiten von bis zu 2,9 µs gespeichert werden, wobei hier neben der Dekohärenz besonders experimentelle Grenzen die messbare Zeit eingrenzten. Die Beschränkung der Speichereffizienz durch Zerfälle ist hauptsächlich durch die Bewegung der Atome gegeben. Hier ist also eine weitere Optimierung durch Kühlung der Atome möglich. Die hohe Absorption durch die nicht-resonanten Übergänge und der experimentell bedingte Untergrund durch den starken, kollinearen Kontrollstrahl begrenzten die verwendeten Nachweispulse auf ≥ 70 Photonen. Die gezeigte Lichtspeicherung stellt die erste Realisierung innerhalb einer Hohlfaser dar. Schließlich wurden im Medium stationäre Lichtpulse erzeugt. Diese sind nur bei hoher OD möglich und können zukünftig starke Wechselwirkungen zwischen einzelnen Photonen und eine erhöhte Wechselwirkungsdauer ermöglichen. Wie in früheren Experimenten gezeigt, erfordern SLPs in kalten Atomen eine Verstimmung zwischen den gegenläufigen Kontrollfeldern. Dies konnte hier nicht nur bestätigt werden, es zeigte sich auch, dass bei einem eindimensionalen Medium zusätzlich eine geringe Zweiphotonenverstimmung zwischen Nachweis- und Kontrollfeld zur Phasenanpassung erforderlich ist. Die erreichte Effizienz von 2,8(6)% liegt leicht unter früheren Realisierungen (ca. 5%), ist aber neben der nicht-resonanten Absorption zum Teil auf die räumlich stark inhomogenen EIT-Transmissionen aufgrund der dauerhaft aktiven Kontrollfelder zurückzuführen. Da ein direkter Nachweis der SLPs innerhalb der HCPCF noch nicht möglich ist, wurde das detektierte Signal nicht nur mit dem Signal von langsamem Licht bei gleichen Bedingungen verglichen, sondern auch mit einer Simulation überprüft. Diese zeigte gute Übereinstimmung mit den gemessenen Daten und sagt das Vorhandensein eines Lichtfeldes im Medium in der relevanten Zeit voraus. Eine Abhängigkeit des Signals von der Verstimmung der Kontrollfelder und der SLP-Dauer bestätigte ebenfalls die Existenz von SLPs. Dies ist die erste Realisierung von SLPs in einem eindimensionalen Medium.

•Jan 1, 2016•0 citations

Eine Quelle quantenentarteter Gase für die Atominterferometrie

M. Zaiser

•Jan 1, 2010•1 citation

Trapping and Cooling of 39K using a 3D Magneto Optical Trap for a Lattice Atom Interferometer

Ursprunger, Tobias Clemens

Atominterferometrie ist eine leistungsstarke Methode um fundamentale Physik zu untersuchen, dies beinhaltet Tests zu Quanteneffekten von Gravitation und die Suche nach neuen Kräften und dunkler Energie. Eine der wesentlichen Beschränkungen bei konventionellen Atominterferometern ist die endliche Zeit, in derer sich die Atome im freien Fall befinden, dies beschränkt die erreichbare Abfragezeit und damit die Messgenauigkeit. Diese Beschränkung kann überwunden werden indem man ein optisches Gitter benutzt, in welchem die Atome gegen die Schwerkraft gehalten werden, was zu höheren Interaktionszeiten führt und damit höhere Sensitivität ermöglicht. Für ein effizientes Fangen von kalten Atomen in dem optischen Gitterpotential müssen die Atome zu niedrigen Temperaturen gekühlt werden. Diese Arbeit beschreibt, wie eine kalte Wolke aus $\mathrm{^{39}K}$-Atomen mithilfe einer 3D-magneto-optischen Falle (MOT) und Gray Molasses generiert werden kann. Ein Laser-Setup für Gray Molasses auf der D1-Linie wurde konzipiert und aufgebaut. Dieses Setup wird es uns ermöglichen in zukünftigen Experimenten Temperaturen im Bereich von wenigen $\mathrm{\mu K}$ zu erreichen. Zusätzlich wurde das Abbildungssystem kalibriert, sodass quantitative Messungen der Anzahl an Atomen und Temperaturmessungen durchgeführt werden können. Durch eine Optimierung des bestehenden D2-Licht-Setups konnten wir $\mathrm{^{39}K}$-Atome in einer 3D-MOT kühlen und fangen. Wir erreichten eine maximale Anzahl von $\sim 10^6$ Atomen in unserer Atomwolke.

•Oct 1, 2025•0 citations

Reigen gekühlter Atome

Thomas Bührke

Abstract Atome lassen sich mit Laserlicht kühlen. Unter bestimmten Bedingungen zeigt eine Atomwolke ein kollektives Verhalten, das auf der Wechselwirkung mit dem Photonenfeld beruht. Mit neuesten Methoden ist eine Kühlung bis auf 1 μK möglich.

Physik in unserer Zeit•Jan 1, 1991•3 citations

Trapped atomic ions for fundamental studies of closed and open quantum systems

Govinda Clos

Jedes realistische Quantensystem wechselwirkt mit seiner Umgebung. Während dies in vielen Anwendungen zwangsläufig zu Störungen führt, liegt diese Wechselwirkung zahllosen interessanten Phänomenen zugrunde. Gefangene atomare Ionen sind bestens geeignet, um Quantendynamik auf fundamentaler Ebene zu studieren. Sie weisen weitreichende Kontrolle bei der Zustandspräparation, kohärenten Manipulation, und Detektion interner (elektronischer) und externer (Bewegungs-) Freiheitsgrade auf, und ermöglichen ein hohes Maß an Isolation von ihrer Umwelt. In der vorliegenden Arbeit nutzen wir dies, um gezielt offene und geschlossene Quantensysteme zu realisieren und zu untersuchen. Mit einem einzelnen Magnesiumion, welches wir einer inkohärenten Wechselwirkung mit einer großen Umgebung aussetzen, entwickeln wir ein maßgeschneidertes offenes Quantensystem. Wir zeigen, dass der schnelle und drastische Einfluss von Dekohärenz verwendet werden kann, um eine hochpräzise Spektroskopiemethode zu entwickeln, die sensitiv auf einzelne Photonen ist. Damit messen wir Ein-, Zwei-, und Dreiphotonenübergänge in 25Mg+ mit einer relativen Frequenzunsicherheit von weniger als 5 x 10^(-9). Unsere Ergebnisse sind relevant für die Interpretation astrophysikalischer Daten bei der Suche von räumlichen und zeitlichen Variationen der Feinstrukturkonstante. Des Weiteren verwenden wir einen hybriden Ionenkristall aus Magnesiumisotopen, um -- Atom für Atom -- ein nahezu geschlossenes Quantensystem zu konstruieren. Wir wählen und untersuchen ein spezielles Subsystem, und koppeln es kontrolliert an den Rest des Gesamtsystems. Durch die absichtliche Vernachlässigung von Korrelationen und Kohärenz bei der Messung von Observablen des (offenen) Subsystems finden wir Anzeichen von Equilibrierung und Thermalisierung, trotz der unitären Dynamik des Gesamtsystems. Wir untersuchen deren Abhängigkeit von der einstellbaren Größe der Umgebung und der kontrollierten Stärke der Wechselwirkung, wobei die Dynamik in einem Hilbertraum einer Dimension von mehr als 10^6 verläuft. Unsere zeitaufgelösten Messungen zeigen die Auswirkungen der endlichen Systemgröße und den Übergang zur Dynamik eines mesoskopischen Systems, und heben die Bedeutung der beteiligten Zeitskalen hervor. Unser Aufbau kann durch weitere Spin- und bosonische Freiheitsgrade, durch Präparation wählbarer interner und externer Zustände und Anfangskorrelationen, und durch Zustandstomographie erweitert werden. Dies ebnet den Weg für die Untersuchung der Dynamik und Eigenschaften offener und geschlossener Quantensysteme, und für analoge Quantensimulationen verschiedenster Modellsysteme.

•Jan 1, 2017•0 citations

Periodische Bewegungen kalter Atome in einer optischen Dipolfalle und in einer MOT,

H. Münz, Ivan Mistrík, Hanspeter Helm

•Jan 1, 2002•0 citations
Lasergekühlte Atome in einer Hohlkernfaser sind ein ideales System, um Fragestellungen der Quantensimulation und Quanteninformation zu untersuchen. Unsere Gruppe an der Universität Mainz verwendet ein optisches Förderband, um die Atome in die Hohlkernfaser zu transportieren. Damit erreichen wir eine präzise Kontrolle über Ort, Temperatur und Anzahl der Atome.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte eine starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erreicht werden. Diese ist notwendig für effiziente lineare und nichtlineare optische Effekte, wie sie für zukünftige optische Quanten-Netzwerke und Quanten-Simulationen erforderlich sind. Hierfür wurde ein eindimensionales Medium extremer optischer Dichte (OD) erzeugt. Das verwendete Rubidium-87 erzielte innerhalb einer Hohlfaser eine OD von 1000 auf einem offenen Übergang. Dieses Medium sollte auf der Basis von EIT kohärente Effekte wie Lichtspeicherung und stationäre Lichtpulse (SLPs) ermöglichen, welche in Quanten-Netzwerken Verwendung finden sollen. Diese Effekte wurden in dieser Arbeit erstmalig in einem solchen eindimensionalen Medium hoher OD realisiert. Dabei wurden auch die besonderen Eigenschaften eines Mediums hoher OD insbesondere aufgrund nicht-resonanter Übergänge untersucht. Zur Überprüfung der Messergebnisse wurden diese mit einer numerischen Simulation verglichen. Diese berücksichtigt nicht nur die Absorption der nicht-resonanten Übergänge, sondern auch die räumlich inhomogene Verteilung der Atome innerhalb der Faser sowie die Gauß-förmige Intensitätsverteilung der verwendeten Laserstrahlen. Dies war notwendig, um die Transmission durch das Medium und Auswirkungen auf die Gruppengeschwindigkeit im Medium korrekt zu simulieren, die sich deutlich von den sonst üblichen Fällen mit homogenem Medium unterscheiden. So tritt aufgrund des räumlich unterschiedlich starken Kontrollfeldes auch räumlich unterschiedliche Transmission unter EIT auf. Dies führt zu einer inhomogenen Verbreiterung und damit Reduzierung der Gesamttransmission. Zur experimentellen Umsetzung wurde eine bestehende magneto-optische Falle (MOT) zum Kühlen und Fangen von Rubidium-87 mit asymmetrischer Form verwendet. Die asymmetrische Form führte zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Atome in transversaler und longitudinaler Richtungen, was mittels Flugzeit-Messungen und temperaturabhängigem EIT mit gegenläufigen Strahlen gemessen wurde. Die MOT wurde um eine photonische Kristall-Faser mit Hohlkern (HCPCF) erweitert. Hierfür wurde eine Halterung mit Möglichkeiten zur Ausrichtung der Faser und ein System aus Optiken zur Ein- und Auskopplung von Laserstrahlen konstruiert. Zur Führung der Atome aus der MOT zur HCPCF wurde ein optischer Trichter auf Basis einer Dunkelpunkt-MOT erzeugt. Zur Steigerung der Transfereffizienz wurde eine Verschiebung der Wolke aus kalten Atomen mittels Magnetfeldern ergänzt. Zum Transfer in die Faser und zur Führung innerhalb des Hohlkerns wurde eine optische Dipolfalle implementiert. Das dafür verwendete Lasersystem wurde auf eine ausreichende Leistung und Frequenzstabilität untersucht. Dabei zeigte ein Betrieb mit zwei longitudinalen Moden eine Verbesserung der Transfereffizienz um einen Faktor 2–5. Mit der Kombination dieser Techniken wurden erfolgreich kalte Rubidiumatome von der MOT in den Hohlkern geladen. Zum Nachweis der Atome wurde deren Anzahl in der HCPCF mittels optischem Pumpen bestimmt und es wurden Transmissionsspektren aufgenommen. Diese belegen eine Anzahl von ca. 3∙10^5 Atomen und eine OD von bis zu 1000 in der Faser. Die erreichte Transfereffizienz von bis zu 5% liegt eine Größenordnung über dem Wert in früheren Ansätzen. Die verwendete HCPCF stellte sich als stark doppelbrechend heraus, was die Polarisation des transmittierten Lichts bereits auf den Abmessungen der Atomwolke deutlich verändert und daher das ursprünglich geplante EIT zwischen Zeeman-Zuständen unmöglich machte. Deshalb wurde ein polarisationsunabhängiges Kopplungsschema zwischen Hyperfein-Zuständen gewählt. Die beiden dafür nötigen Lasersysteme wurden mithilfe einer ebenfalls auf EIT basierenden Stabilisierungstechnik in Frequenz und Phase aufeinander stabilisiert. Das System wurde zunächst erfolgreich an Atomen außerhalb der HCPCF getestet. Dann wurden innerhalb des Mediums hoher OD die Bedingungen für EIT erzeugt, um einem schwachen Nachweisfeld eine Propagation mit reduzierter Absorption zu ermöglichen. Dabei wurden die starken Einflüsse der nicht-resonanten Übergänge auf Höhe und Position des Transmissionsfensters durch den Stark-Effekt untersucht. Die Ergebnisse ließen sich mit der Simulation bestätigen und zeigen die besonderen Eigenschaften des räumlich inhomogenen Mediums hoher OD in Form einer reduzierten Transmission. Dies ist die erste Realisierung von EIT bei OD > 30 in solch einem eindimensionalen Medium innerhalb einer Hohlfaser. Danach wurde die Verzögerung von Lichtpulsen durch das Medium hoher OD aufgrund reduzierter Gruppengeschwindigkeit (langsames Licht) untersucht. Dies diente der einfachen Bestimmung der OD und dem Auffinden geeigneter Parameter der OD und der Kontroll-Rabi-Frequenz für Lichtspeicherung und SLPs. Dabei konnte ein Lichtpuls bis um das Doppelte der Pulslänge verzögert werden, was sicherstellte, dass sich nahezu der gesamte Puls im Medium befand. Die nicht-resonanten Übergänge begrenzten dabei die erreichbare Transmission. Die Verzögerung der Lichtpulse entsprach aufgrund der inhomogenen Verbreiterung nicht den bekannten Werten in homogenem Medium, konnte aber mit der Simulation richtig beschrieben werden. Die hier gezeigten Experimente mit langsamem Licht stellen die erste Untersuchung bei OD > 30 im eindimensionalen Medium dar. Als nächstes wurden Lichtpulse im Medium als kohärente Überlagerung von Spin-Zuständen gespeichert. Diese Lichtspeicherung in einem atomaren Ensemble ist in später geplanten möglichen Anwendungen als Quanten-Speicher und Quanten-Repeater von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wurde dabei eine absolute Speichereffizienz von 23 % erreicht. Wie Simulationsergebnisse zeigen, wäre ohne die Absorption durch nicht-resonante Übergänge eine höhere Effizienz möglich. Die im Experiment erreichte relative Effizienz von 60% (Anteil des langsamen Lichts, der gespeichert und wieder ausgelesen wurde) zeigt das theoretisch hohe Potential des Mediums als Quanten-Speicher. Es konnten Pulse für Speicherzeiten von bis zu 2,9 µs gespeichert werden, wobei hier neben der Dekohärenz besonders experimentelle Grenzen die messbare Zeit eingrenzten. Die Beschränkung der Speichereffizienz durch Zerfälle ist hauptsächlich durch die Bewegung der Atome gegeben. Hier ist also eine weitere Optimierung durch Kühlung der Atome möglich. Die hohe Absorption durch die nicht-resonanten Übergänge und der experimentell bedingte Untergrund durch den starken, kollinearen Kontrollstrahl begrenzten die verwendeten Nachweispulse auf ≥ 70 Photonen. Die gezeigte Lichtspeicherung stellt die erste Realisierung innerhalb einer Hohlfaser dar. Schließlich wurden im Medium stationäre Lichtpulse erzeugt. Diese sind nur bei hoher OD möglich und können zukünftig starke Wechselwirkungen zwischen einzelnen Photonen und eine erhöhte Wechselwirkungsdauer ermöglichen. Wie in früheren Experimenten gezeigt, erfordern SLPs in kalten Atomen eine Verstimmung zwischen den gegenläufigen Kontrollfeldern. Dies konnte hier nicht nur bestätigt werden, es zeigte sich auch, dass bei einem eindimensionalen Medium zusätzlich eine geringe Zweiphotonenverstimmung zwischen Nachweis- und Kontrollfeld zur Phasenanpassung erforderlich ist. Die erreichte Effizienz von 2,8(6)% liegt leicht unter früheren Realisierungen (ca. 5%), ist aber neben der nicht-resonanten Absorption zum Teil auf die räumlich stark inhomogenen EIT-Transmissionen aufgrund der dauerhaft aktiven Kontrollfelder zurückzuführen. Da ein direkter Nachweis der SLPs innerhalb der HCPCF noch nicht möglich ist, wurde das detektierte Signal nicht nur mit dem Signal von langsamem Licht bei gleichen Bedingungen verglichen, sondern auch mit einer Simulation überprüft. Diese zeigte gute Übereinstimmung mit den gemessenen Daten und sagt das Vorhandensein eines Lichtfeldes im Medium in der relevanten Zeit voraus. Eine Abhängigkeit des Signals von der Verstimmung der Kontrollfelder und der SLP-Dauer bestätigte ebenfalls die Existenz von SLPs. Dies ist die erste Realisierung von SLPs in einem eindimensionalen Medium.
Atominterferometrie ist eine leistungsstarke Methode um fundamentale Physik zu untersuchen, dies beinhaltet Tests zu Quanteneffekten von Gravitation und die Suche nach neuen Kräften und dunkler Energie. Eine der wesentlichen Beschränkungen bei konventionellen Atominterferometern ist die endliche Zeit, in derer sich die Atome im freien Fall befinden, dies beschränkt die erreichbare Abfragezeit und damit die Messgenauigkeit. Diese Beschränkung kann überwunden werden indem man ein optisches Gitter benutzt, in welchem die Atome gegen die Schwerkraft gehalten werden, was zu höheren Interaktionszeiten führt und damit höhere Sensitivität ermöglicht. Für ein effizientes Fangen von kalten Atomen in dem optischen Gitterpotential müssen die Atome zu niedrigen Temperaturen gekühlt werden. Diese Arbeit beschreibt, wie eine kalte Wolke aus 39K\mathrm{^{39}K}39K-Atomen mithilfe einer 3D-magneto-optischen Falle (MOT) und Gray Molasses generiert werden kann. Ein Laser-Setup für Gray Molasses auf der D1-Linie wurde konzipiert und aufgebaut. Dieses Setup wird es uns ermöglichen in zukünftigen Experimenten Temperaturen im Bereich von wenigen μK\mathrm{\mu K}μK zu erreichen. Zusätzlich wurde das Abbildungssystem kalibriert, sodass quantitative Messungen der Anzahl an Atomen und Temperaturmessungen durchgeführt werden können. Durch eine Optimierung des bestehenden D2-Licht-Setups konnten wir 39K\mathrm{^{39}K}39K-Atome in einer 3D-MOT kühlen und fangen. Wir erreichten eine maximale Anzahl von ∼106\sim 10^6∼106 Atomen in unserer Atomwolke.
Jedes realistische Quantensystem wechselwirkt mit seiner Umgebung. Während dies in vielen Anwendungen zwangsläufig zu Störungen führt, liegt diese Wechselwirkung zahllosen interessanten Phänomenen zugrunde. Gefangene atomare Ionen sind bestens geeignet, um Quantendynamik auf fundamentaler Ebene zu studieren. Sie weisen weitreichende Kontrolle bei der Zustandspräparation, kohärenten Manipulation, und Detektion interner (elektronischer) und externer (Bewegungs-) Freiheitsgrade auf, und ermöglichen ein hohes Maß an Isolation von ihrer Umwelt. In der vorliegenden Arbeit nutzen wir dies, um gezielt offene und geschlossene Quantensysteme zu realisieren und zu untersuchen. Mit einem einzelnen Magnesiumion, welches wir einer inkohärenten Wechselwirkung mit einer großen Umgebung aussetzen, entwickeln wir ein maßgeschneidertes offenes Quantensystem. Wir zeigen, dass der schnelle und drastische Einfluss von Dekohärenz verwendet werden kann, um eine hochpräzise Spektroskopiemethode zu entwickeln, die sensitiv auf einzelne Photonen ist. Damit messen wir Ein-, Zwei-, und Dreiphotonenübergänge in 25Mg+ mit einer relativen Frequenzunsicherheit von weniger als 5 x 10^(-9). Unsere Ergebnisse sind relevant für die Interpretation astrophysikalischer Daten bei der Suche von räumlichen und zeitlichen Variationen der Feinstrukturkonstante. Des Weiteren verwenden wir einen hybriden Ionenkristall aus Magnesiumisotopen, um -- Atom für Atom -- ein nahezu geschlossenes Quantensystem zu konstruieren. Wir wählen und untersuchen ein spezielles Subsystem, und koppeln es kontrolliert an den Rest des Gesamtsystems. Durch die absichtliche Vernachlässigung von Korrelationen und Kohärenz bei der Messung von Observablen des (offenen) Subsystems finden wir Anzeichen von Equilibrierung und Thermalisierung, trotz der unitären Dynamik des Gesamtsystems. Wir untersuchen deren Abhängigkeit von der einstellbaren Größe der Umgebung und der kontrollierten Stärke der Wechselwirkung, wobei die Dynamik in einem Hilbertraum einer Dimension von mehr als 10^6 verläuft. Unsere zeitaufgelösten Messungen zeigen die Auswirkungen der endlichen Systemgröße und den Übergang zur Dynamik eines mesoskopischen Systems, und heben die Bedeutung der beteiligten Zeitskalen hervor. Unser Aufbau kann durch weitere Spin- und bosonische Freiheitsgrade, durch Präparation wählbarer interner und externer Zustände und Anfangskorrelationen, und durch Zustandstomographie erweitert werden. Dies ebnet den Weg für die Untersuchung der Dynamik und Eigenschaften offener und geschlossener Quantensysteme, und für analoge Quantensimulationen verschiedenster Modellsysteme.