Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Die Erforschung der Quantenwelt mit Laserlicht ist das zentrale Thema am Max-Planck-Institut für Quantenoptik. Mit aufwendigen Aufbauten aus vielen optischen Komponenten wie Spiegeln und Linsen schaffen es die Physiker, Systeme aus Quantenteilchen bis hin zu einzelnen Atomen oder Molekülen einzufangen und zu manipulieren. Sie legen dabei die Basis für künftige Quantencomputer, gewinnen aber auch Einblicke in neuartige und exotische Zustände von Quantenmaterie. Durch die Erzeugung ultrakurzer und hochintensiver Lichtblitze können sie die Bewegung von Elektronen in Atomen beobachten und steuern. Diese Experimente ebnen den Weg für extrem schnelle Elektronik und neuartige Strahlungsquellen für die medizinische Diagnostik und Therapie.

Kontakt

Hans-Kopfermann-Str. 1
85748 Garching
Telefon: +49 89 32905-0
Fax: +49 89 32905-200

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat mehrere International Max Planck Research Schools (IMPRS):
IMPRS on Advanced Photon Science
IMPRS for Quantum Science and Technology

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Im Kaleidoskop der Quantenphysik
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und der Harvard-Universität, Cambridge, USA, kooperieren in neuem Forschungszentrum zur Quantenoptik mehr
Erfolgreicher Nachwuchs
Vier junge Max-Planck-Wissenschaftler erhalten in diesem Jahr den Heinz Maier-Leibnitz-Preis mehr
Elektrischer Strom im Rekordtempo
Max-Planck-Wissenschaftler erzeugen mit ultrakurzen Laserpulsen die schnellsten jemals gemessenen elektrischen Ströme in Festkörpern mehr
Materie im Vampirtest
Es ist nicht mehr als eine winzige Asymmetrie zwischen der Materie und ihrem Spiegelbild, der Antimaterie, die zu einem Materieüberschuss im Universum führte. Ihr verdanken wir unsere Existenz. Forschergruppen an Max-Planck-Instituten in Heidelberg, München und Garching wollen auf unterschiedlichen Wegen herausfinden, warum der Materie – ähnlich wie Vampiren – ihr Spiegelbild abhandengekommen ist. mehr
Quantenlogik mit Photonen
Ein Quantengatter lässt Lichtteilchen miteinander wechselwirken und könnte so zum zentralen Baustein eines Quantencomputers werden mehr
Doppelspaltversuch im Spiegelkabinett
Der klassische Versuch offenbart in einer rein quantenphysikalischen Variation mit zwei Atomen überraschende Interferenzerscheinungen mehr
<p>Elektronen im Reaktionstest</p>

Elektronen im Reaktionstest

11. Februar 2016
Mit den ersten sichtbaren Attosekunden-Blitzen lässt sich die Verzögerung bestimmen, mit der Elektronen in Atomen auf die elektromagnetischen Kräfte des Lichtes ansprechen mehr
Ein Röntgenblick für kleinste Details
Eine lasergetrieben Röntgenquelle ermöglicht es, Gewebe wie etwa Tumore mit sehr hoher Auflösung darzustellen mehr
Ein zielgenaues Elektronenkatapult
Wenn starke Laserpulse aus Nanokugeln durch Photoemission Elektronen herausschleudern, hängt deren Flugrichtung von der Kugelgröße ab mehr
An einer neuen Röntgenquelle für die Medizin
Mit einer Lichtquelle für harte, brillante Röntgenstrahlung lassen sich kleinste Strukturen in der Materie sichtbar machen mehr
Neues Max Planck Center mit der Universität Ottawa
Kooperation im Bereich der Photonik- und Optikforschung mehr
Künstlicher Kristall: Magnetismus im WM-Fieber

In einem optischen Gitter lassen sich mit Rydbergatomen magnetische Kristalle erzeugen

mehr
In Riad öffnet das Attosecond Science Laboratory, in dem die Bewegungen von Elektronen erforscht werden mehr
Rasante Reise durchs Kristallgitter

Ein Elektron braucht 40 Attosekunden, um eine einzelne Lage von Atomen zu durchqueren

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Licht schaltet Licht jetzt wirkungsvoll
Ein optischer Transistor verstärkt das Eingangssignal eines einzelnen Photons um den Faktor 20 mehr
Es ist nicht mehr als eine winzige Asymmetrie zwischen der Materie und ihrem Spiegelbild, der Antimaterie, die zu einem Materieüberschuss im Universum führte. Ihr verdanken wir unsere Existenz.
Gravitationswellen gehören zu den spektakulären Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie von 1915. Aber erst ein halbes Jahrhundert später versuchte der Physiker Joseph Weber sie aufzuspüren. Anfang der 1970er-Jahre stiegen auch Max-Planck-Wissenschaftler in dieses Forschungsfeld ein und entwickelten Detektoren der zweiten Generation. Dank der Vorarbeiten dieser Pioniere blieben die Wellen in der Raumzeit keine Hirngespinste: Im September 2015 gingen sie endlich in die Falle.
Die moderne Quantenphysik wartet mit einigen Verheißungen auf: Quantencomputer und -simulatoren sollen blitzschnell riesige Datenmengen durch forsten, die Entwicklung neuer Medikamente beschleunigen oder die Suche nach Materialien etwa für die Energietechnik erleichtern. Ignacio Cirac, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, trägt mit seiner Forschung dazu bei, diese Versprechen einzulösen.
Elektronen halten die Welt zusammen. Wenn in chemischen Reaktionen neue Substanzen entstehen, spielen sie die Hauptrolle. Und auch in der Elektronik stellen sie die Protagonisten. Ferenc Krausz, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, und seine Mitarbeiter lichten die rasanten Bewegungen der Elektronen mit Attosekundenblitzen ab und schaffen so die Basis für neue technische Entwicklungen.
Viele Rätsel können Physiker lösen, indem sie genauer und sorgfältiger messen. Doch Randolf Pohl und seine Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching haben mit ihren präzisen Messungen des Protonenradius ein Problem erst geschaffen. Denn ihr Wert weicht stark von dem bisher geltenden ab. Der Unterschied könnte auf Lücken in dem Bild deuten, das sich Physiker von der Materie machen.
Effekte der Quantenphysik zeugen nicht nur von der Exotik der Mikrowelt, sie ermöglichen auch völlig neue Ansätze, etwa in der Informationsverarbeitung. Um sie besser zu verstehen, simuliert das Team von Immanuel Bloch, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, Quantensysteme mit Atomen in optischen Gittern – und beobachtet dabei immer wieder ein Verhalten der Materie, das unseren Alltagserfahrungen widerspricht.
Mit Basketbällen haben Elektronen nicht viel gemeinsam, außer dass sie oft kugelförmig abgebildet werden. Peter Hommelhoff spielt mit den einen jedoch genauso geschickt wie mit den anderen. Mit seinen Experimenten am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching erreicht der Leiter einer Max-Planck-Forschungsgruppe dabei eine neue Dimension der Kontrolle über die Elementarteilchen.
Einzelne Atome kann unsere Alltagserfahrung nicht erfassen: Selbst ein Tropfen Wasser oder ein Mikroorganismus bestehen aus unzähligen davon. Doch Gerhard Rempe, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, untersucht an einzelnen Atomen die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie auf elementarstem Niveau. Mit seinem Team schafft er so auch die Grundlagen eines künftigen Quanteninternets.
Ein Teilchen, das sich gleichzeitig an zwei Orten aufhält – das gibt es nur in der Quantenwelt. Wenn Physiker solche Phänomene untersuchen, lernen sie Einiges über das mysteriöse Universum des Allerkleinsten.
Atome sind unberechenbar – zumindest wenn sie in größeren Gruppen auftreten. Schon das Zusammenspiel von 30 Atomen kann ein gewöhnlicher Computer nicht korrekt beschreiben, weil die quantenmechanischen Effekte die Rechnung extrem herkomplizieren. Daher entwickeln Physiker wie Tobias Schätz, der am Max-Planck-Institut für Quantenoptik eine selbstständige Nachwuchsgruppe leitet, Quantensimulatoren. Sie sollen Physikern helfen, bestimmte Formen des Magnetismus oder die Hochtemperatur-Supraleitung besser zu verstehen.
0,000 000 000 000 000 001 Sekunden: So unvorstellbar kurz ist eine Attosekunde. Wenn ein Lichtpuls die Vorgänge im Inneren eines Atoms abbilden soll, dann darf er nur wenige 100 oder sogar nur wenige 10 Attosekunden lang aufblitzen. In diese Welt extrem kurzer Zeiten dringen jetzt Laserphysiker mit einer raffinierten Experimentiertechnik vor. Zu den führenden Attosekundenspezialisten gehören die Forscher um Ferenc Krausz, George Tsakiris und Klaus Witte vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching.
Industriemechaniker/-in
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching 24. Mai 2018
Mitarbeiter/-in für den Bereich Einkauf
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching 15. Mai 2018
Referent/-in für externe/interne Kommunikation (100%)
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching 3. Mai 2018
Sekretär/-in - Assistent/-in
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching 2. Mai 2018

Quantengatter für Photonen

2018 Dürr, Stephan
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik

Quantenkryptographie ermöglicht heute bereits abhörsichere Kommunikation, ist aber mit bestehender Technologie auf Entfernungen unter 100 km limitiert. Ein Quantenrepeater, der ein Signal verstärkt, könnte dieses Problem im Prinzip lösen, ist aber leider noch nicht realisiert worden. Wir verfolgen zwei verschiedene experimentelle Ansätze, um ein Quantengatter für Photonen zu bauen, das als essentieller Baustein für einen Quantenrepeater benötigt wird.

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Mit Quantengasmikroskopen der Supraleitung auf der Spur

2017 Groß, Christian
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
Supraleiter ermöglichen verlustfreien Energietransport dank ihres verschwindenden elektrischen Widerstands unterhalb einer gewissen Temperatur. Technologisch besonders großes Potenzial versprechen sogenannte Hochtemperatur-Supraleiter, deren Sprungtemperatur bereits durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff erreicht werden kann. Die theoretischen Grundlagen der Hochtemperatur-Supraleitung sind allerdings bis heute nicht vollständig verstanden. Hier versprechen Quantensimulatoren weiterzuhelfen, wie sie von Wissenschaftlern der Abteilung „Quanten-Vielteilchensysteme“ realisiert werden. mehr

Verschränktheit und topologische Ordnung in komplexen Quantensystemen

2017 Schuch, Norbert
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
Komplexe Systeme können sich auf vielfältige Weise ordnen. Während sich Ordnung in konventioneller Materie durch lokale Eigenschaften des Systems verstehen lässt, weisen stark wechselwirkende Quantensysteme eine sogenannte topologische Ordnung auf, bei der sich die Quantenkorrelationen des Systems, genannt Verschränktheit, global organisieren. Methoden aus der Quanteninformationstheorie erlauben es, die Verschränktheitsstruktur dieser Systeme dennoch lokal zu modellieren, was eine Vielfalt von Anwendungen in der Untersuchung und Klassifikation topologisch geordneter Systeme erschließt. mehr

Ultrakalte Moleküle

2016 Rempe, Gerhard; Glöckner, Rosa
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
Moleküle haben faszinierende Charakteristika wie eine Vielzahl von internen Zuständen, eine ungewöhnliche Wechselwirkung oder interessante chemische Eigenschaften. Bei extrem tiefen Temperaturen dominieren quantenmechanische Effekte, die neue Perspektiven z. B. für die Simulation von komplexen Quantensystemen oder die Erzeugung neuer Materiephasen eröffnen. Um diese Temperaturen im Experiment zu erreichen, müssen geeignete Methoden entwickelt werden, um Moleküle einzufangen und abzukühlen sowie ihre internen Zustände zu manipulieren. mehr

Aufregende Atome mit Mesonen und Antiprotonen

2016 Hori, Masaki
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
Mesonen sind aus zwei Quarks aufgebaute Elementarteilchen; sie sind instabil mit Lebensdauern von einer milliardstel Sekunde oder weniger. Seit 2014 stellen MPQ-Wissenschaftler an Teilchenbeschleunigern des Paul Scherrer Instituts künstliche Atome her, die solche Mesonen enthalten: Hier kreisen ein Elektron und Pi-Meson um den Kern von Heliumatomen. Erstmals wurde mittels Anregung solcher Atome durch Infrarotstrahlung die Masse des Pions mit hoher Genauigkeit spektroskopisch bestimmt. Am CERN wurde in entsprechender Weise die Masse des Antiprotons relativ zur Elektronenmasse gemessen. mehr

Ein neuer Weg zu ungewöhnlichen Quantenerscheinungen in Gittersystemen

2015 Nielsen, Anne
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
An komplexen Quantensystemen lassen sich viele überraschende Phänomene wie z. B. der fraktionierte Quanten-Hall-Effekt (FQH) beobachten. Das große fundamentale und auch technologische Interesse an diesem Effekt motiviert die Frage: „Gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, diesen Effekt zu realisieren?” Forscher am MPI für Quantenoptik und der Universidad Autónoma de Madrid haben einen neuen Weg vorgeschlagen, FQH-Physik in Gittersystemen zu erhalten und sogar ein Rezept entwickelt, ein Modell für den FQH-Effekt mit ultrakalten Atomen in optischen Gittern experimentell umzusetzen. mehr
Die Beobachtung und Steuerung der Elektronendynamik in Atomen, Molekülen oder Festkörpern in Echtzeit zählt zu den wichtigsten Themen der modernen Naturwissenschaft. Dieser Bericht gibt einen Überblick, wie jüngste Fortschritte in der Synthese und Kontrolle der Lichtfelder es ermöglichen, Elektronen auf der ihnen gemäßen Zeitskala von Attosekunden (1 as = 10-18 s) zu steuern. Diese Entwicklungen versprechen neue Erkenntnisse der inneren Prozesse des Mikrokosmos und bilden die Basis für auf Licht basierende elektronische und photonische Geräte, die mit Petahertz-Frequenzen arbeiten. mehr

Tanz der Quantenmagnete

2014 Groß, Christian
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik

Ultrakalte Atome im optischen Gitter bieten eine ideale Plattform um mikroskopische Prozesse in Quanten-Vielteilchensystemen zu untersuchen. Theoretische Modelle aus der Festkörperphysik können so im Labor nachgestellt und deren Vorhersagen mit völlig neuen Methoden überprüft werden. Eine der Neuerungen auf diesem Gebiet ist die Realisierung magnetischer Systeme, die auf dem Niveau einzelner Elementarmagnete manipuliert werden können. Somit konnten erstmals die Dynamik und Wechselwirkung von fundamentalen magnetischen Anregungen, sogenannten Magnonen, direkt im Labor beobachtet werden.

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Laserspektroskopie myonischer Atome

2014 Pohl, Randolf
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik

Eine exotische Form des Wasserstoffs, bei dem der zentrale Atomkern – ein einzelnes Proton – von einem Myon anstelle eines Elektrons umkreist wird, erlaubt neuartige Untersuchungen der Protonenstruktur. Überraschenderweise ergibt sich dabei ein 4% kleinerer Ladungsradius als in bisherigen Messungen. Dieses „proton radius puzzle” gibt Anlass zu vielfältigen Spekulationen, sogar die Quantenelektrodynamik und das Standardmodell der Teilchenphysik werden in Frage gestellt. Laserspektroskopie von myonischem Deuterium und myonischen Helium-Ionen soll das „proton radius puzzle” zu lösen.

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Teilchenbeschleunigung mit Licht

2013 Schreiber, Jörg
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik
Energiereiche Teilchen wie z. B. Ionen spielen in vielen ganz verschiedenen Prozessen eine überaus wichtige Rolle. Im Labor für Attosekundenphysik erforschen Physiker die Ionenbeschleunigung mit hochintensiven Laserimpulsen. Ihr Ziel ist es unter anderem, diese noch junge Technologie hinsichtlich ihrer Anwendung und Effizienz in der Ionentherapie von Tumoren zu evaluieren. mehr

Ein Quantennetzwerk aus einzelnen Atomen

2013 Ritter, Stephan; Rempe, Gerhard
Plasmaphysik Quantenphysik Teilchenphysik

Quantennetzwerke, die dem Austausch und der Speicherung von Quanteninformation dienen, sollen eines Tages die Vernetzung von Quantencomputern ermöglichen. Ein erster Prototyp eines solchen Netzwerkes basierend auf einzelnen Atomen konnte demonstriert werden. Die Atome sind ausgezeichnete Speicherelemente für Quantenzustände, die zwischen den räumlich getrennten Netzwerkknoten mittels einzelner Photonen übertragen werden. Die effiziente Schnittstelle zwischen einzelnen Atomen und Photonen basiert auf einem optischen Resonator und ermöglicht auch die Verschränkung zweier Netzwerkknoten.

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Quantenmechanik am Limit: Superpositionen massiver Objekte

2012 Romero-Isart, Oriol; Pflanzer, Anika
Quantenphysik
Ein Merkmal der Quantenphysik ist die Existenz von "Superpositionszuständen". Sie werden z.B. in Doppelspaltexperimenten erzeugt, in denen ein einziges Teilchen beide Spalten gleichzeitig passiert, um später mit sich selbst zu "interferieren". Die dabei erzeugten räumlich getrennten Quanten-Superpositionszustände wurden bereits an verschiedenen Objekten beobachtet, von Elektronen bis hin zu komplexen Molekülen. Die Frage, auf wie große Systeme sich diese quantenmechanischen Phänomene ausdehnen lassen, können Experimente zur Herstellung von großen Überlagerungszuständen schwerer Objekte klären. mehr
Zentrales Thema der seit 2008 am MPI für Quantenoptik etablierten Forschungsgruppe Ultraschnelle Quantenoptik ist die Kontrolle und Steuerung freier Elektronen mit neuartigen Methoden. So ist es Mitarbeitern erstmals gelungen, die Emission von Elektronen aus Festkörper-Nanospitzen durch einen ultrakurzen Laserpuls zu steuern. Dies ist ein erster Schritt in Richtung eines Attosekunden-Feldeffekt-Transistors. Weiterhin wurde eine Art "Paulfalle" für freie Elektronen entwickelt, in der die Elektronen mit Mikrowellenfeldern entlang Elektroden geführt werden, die auf Mikrochips strukturiert sind. mehr

Quantenteilchen unter dem Mikroskop

2011 Kuhr, Stefan
Quantenphysik
Ein Ensemble aus ultrakalten Atomen in einem Lichtgitter kann sich wie ein Supraleiter oder wie ein Isolator verhalten. Physiker haben es nun geschafft, die zugrunde liegenden Vorgänge mithilfe eines Mikroskops Atom für Atom, Gitterplatz für Gitterplatz, sichtbar zu machen. Darüber hinaus ist es erstmals gelungen, die Atome auf ihren Gitterplätzen einzeln zu adressieren und ihren Energiezustand kontrolliert zu ändern. Dies ist auch für zukünftige Quantencomputer von großer Bedeutung. mehr

Starke Laser, schnelle Teilchen

2011 Karsch, Stefan
Quantenphysik
Bei der Wechselwirkung von Materie mit extremen Lichtintensitäten, wie sie im Fokus eines Höchstleistungslasers herrschen, treten überraschende Effekte auf. Insbesondere entstehen in Plasmen sehr hohe, im Vergleich zu der primären Lichtschwingung langlebige Felder, die sich zur kollektiven Beschleunigung von Teilchenpaketen nutzen lassen. Die damit erzeugten Teilchenstrahlen zeigen bisher unerreichte Eigenschaften, die sie als ideale Treiber für neue, ultrakurze Röntgenpulse erscheinen lassen. Die hohen Anforderungen an die Laserpulse motivieren auch die Weiterentwicklung der Lasertechnologie. mehr

Laser für die Untersuchung von Antimaterie-Atomen

2010 Hori, Masaki
Quantenphysik Teilchenphysik
Nach modernen kosmologischen Theorien wurden Materie- und Antimaterie-Teilchen beim Urknall in beinahe gleichen Mengen erzeugt. Das sichtbare Universum scheint heute jedoch ausschließlich aus Materie zu bestehen. Seit 2008 arbeiten MPQ-Wissenschaftler am Forschungszentrum CERN in Genf mit Teilchenbeschleunigern, um exotische Atome zu synthetisieren, die Antimaterie-Teilchen enthalten. Eines davon ist antiprotonisches Helium. Die Eigenschaften dieses Atoms wurden mithilfe modernster Lasertechnologie erforscht um die fundamentale Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie zu untersuchen. mehr

Ein Phononen-Laser

2010 Herrmann, Maximilian; Vahala, Kerry; Knünz, Sebastian; Batteiger, Valentin; Saathoff, Guido; Udem, Thomas; Hänsch, Theodor W.
Quantenphysik
Seit Jahrzenten versuchen Physiker einen sogenannten Phononen-Laser zu realisieren – ein mechanisches Analogon zu einem optischen Laser, das auf quantisierten Schwingungen (Phononen) anstelle von Lichtquanten (Photonen) beruht. Das ist nun mit einem einzelnen oszillierenden Ion, das in einer Radiofrequenz-Falle gespeichert ist, erstmals gelungen. Eine Schlüsselrolle spielte dabei die Verwendung eines „blau-verstimmten“ Laserstrahls, der der Bewegung des Ions Energie zuführt. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass der Phononen-Laser ein vielversprechendes System zum Nachweis extrem schwacher Kräfte ist. mehr

Experimente mit extrem kalten Gasen

2009 Prof. Dr. Rempe, Gerhard; Dr. Dürr, Stephan
Quantenphysik
An kalten Gasen mit Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt lässt sich eine Vielzahl von quantenmechanischen Effekten untersuchen, die bei höheren Temperaturen aufgrund der Wärmebewegung der Teilchen nicht zu beobachten sind. Dazu gehört die Bose-Einstein-Kondensation genauso wie reversible chemische Reaktionen und zahlreiche Effekte in optischen Gittern. mehr

Elektronen, Film ab

2009 Kling, Matthias; Uphues, Thorsten
Quantenphysik
In Atomen und Molekülen bewegen sich die Kerne typischerweise auf einer Femtosekunden-Zeitskala (1 fs = 10-15 s), während die Bewegungen der Elektronen erheblich schneller sein können und auf Zeitskalen bis hinunter in den Attosekundenbereich (1 as = 10-18 s) stattfinden. Neu entwickelte Aufnahmetechniken erlauben es, die Bewegungen der Elektronen auf dieser Zeitskala zu „filmen“ und damit tiefere Einblicke in die ultraschnelle Dynamik von Elektronen in Atomen, Molekülen und Nanostrukturen zu gewinnen. mehr

Mikro-Photonik: Lichtkrafteffekte, Frequenzkämme und biologische Sensoren auf einem Chip

2008 Kippenberg, Tobias; Schließer, Albert; Del¿Haye, Pascal; Arcizet, Olivier
Quantenphysik
Optische Mikrotoroide können resonantes Licht lange speichern. Durch die Empfindlichkeit der Resonanzbedingung eignen sie sich zum Nachweis kleinster Auslenkungen, wie sie durch Brownsche Bewegung oder die Anlagerung biologischer Moleküle hervorgerufen werden. Die resonante Überhöhung der Lichtleistung führt auch zu neuartigen, Lichtkraft-induzierten nichtlinearen Prozessen sowie zu einer extremen Form der Kerr-Nichtlinearität, welche das Licht eines Dauerstrichlasers in einen Frequenzkamm verwandelt. mehr

Der "„Quantensprung“ zum Verständnis der Natur

2008 Schätz, Tobias
Quantenphysik
Ohne große Fortschritte bei Computer-Simulationen wird man kein tieferes Verständnis von komplexen Quantensystemen erhalten. Ein universeller Quantencomputer würde diesen Schritt erlauben, seine experimentelle Umsetzung bedarf allerdings noch mindestens einer Dekade. Für bestimmte Fragestellungen, wie z.B. die Simulation des Quantenmagnetismus oder der Hochtemperatur-Supraleitung, könnte ein analoger Quantensimulator den kürzeren Weg darstellen. Ein viel versprechendes Konzept hierfür sind Anordnungen, in denen eingefangene Ionen die Funktion von Quantenbits übernehmen mehr

Attosekundenphysik: Erste Anwendungen einer jungen Disziplin

2007 Krausz, Ferenc; Kienberger, Reinhard
Quantenphysik
Wenige Jahre nach der Erzeugung der ersten Attosekunden-Einzelpulse von extrem ultraviolettem Licht können diese Pulse heute routinemäßig erzeugt werden. Erste Anwendungen sind Untersuchungen von Licht und Materie, bei denen ultraschnelle Vorgänge zeitlich aufgelöst werden. Die erste direkte Messung des elektrischen Feldes eines Lichtpulses verdeutlicht das Potenzial der Attosekundenphysik ebenso wie die zeitaufgelöste Untersuchung des Photoionisationsprozesses in Gasen oder an Festkörperoberflächen. mehr

Adressierungsfreie Quanten-Zellularautomaten

2007 Vollbrecht, Karl-Gerd; Wolf, Michael
Quanten-Zellularautomaten bieten eine mögliche Realisierung von Quanten-Computern, die ohne lokale Adressierung auskommt. Die Quanteninformation wird dabei delokalisiert gespeichert und verarbeitet - das System bleibt stets translationssymmetrisch. Physikalisch lassen sich solche Zellularautomaten in optischen Gittern realisieren. mehr

Eine elektrostatische Flasche für langsame Moleküle

2006 Junglen, Tobias; Pinkse, Pepijn; Rieger, Thomas; Rempe, Gerhard
Zusammenfassung Die Erzeugung und Untersuchung von kalten Molekülen ist ein junges und faszinierendes Forschungsgebiet. In unserer Arbeitsgruppe wurden elektrische Felder genutzt, um langsame polare Moleküle aus einem thermischen Gas herauszufiltern. Diese Moleküle konnten für 300 ms in einem elektrischen Käfig gefangen werden, wo ihre Temperatur 300 mK beträgt. mehr

Schneller Zählen als das Licht

2006 Gohle, Christoph; Herrmann, Maximilian; Udem, Thomas; Hänsch, Theodor W.
Die Frequenzkammtechnik, für die im Jahr 2005 der Physik-Nobelpreis vergeben wurde, ermöglicht Frequenzmessungen höchster Präzision und die Realisierung hochgenauer „optischer Atomuhren“. Neben neuen Anwendungen in der Geologie sind beispielsweise auch neue Erkenntnisse zu fundamentalen physikalischen Theorien denkbar. mehr

Laserplasmaphysik am MPI für Quantenoptik

2005 Witte, Klaus
Plasmaphysik Quantenphysik
Die Laserplasmaphysik hat im MPI für Quantenoptik eine weit zurückreichende Tradition. Die Wurzeln liegen im MPI für Plasmaphysik, als dort Mitte der 60er-Jahre mit diesem Gebiet begonnen wurde. Die untersuchte Thematik hat sich an der Inertialfusion mit Laserstrahlen ausgerichtet, wobei grundsätzliche Fragestellungen im Vordergrund standen und weniger die tatsächliche technische Durchführung des Konzeptes. An dieser Orientierung hat sich bis heute nichts geändert. 1975 wurde aus dem MPI für Plasmaphysik die Projektgruppe für Laserforschung ausgegliedert. Sie ging 1981 in das MPI für Quantenoptik über. mehr

Laserchemie, Chemie bei ultrakurzen Zeiten

2005 Kompa, Karl-Ludwig
Chemie Quantenphysik
Das Problem einer Beobachtung und Steuerung von chemischen Reaktionen in Echtzeit ist ein Problem der Zeitauflösung, der zeitaufgelösten Beobachtung von Einzelschritten chemischer und biochemischer Reaktionen. Gegenwärtig ist dies nur mit Lasern möglich. Die hier mögliche Zeitauflösung elementarer Dynamik bietet die Chance, die Entwicklung eines reagierenden Systems in seiner Evolution von den Reaktanden zum Übergangszustand und schließlich zum Produkt zu verfolgen. In der Photobiologie schließt dies die gefährliche und gleichzeitig nützliche Rolle von Licht und seiner Wechselwirkung mit biologischen Systemen ein. Was sind die hier relevanten Zeitskalen? Für das Verständnis wichtig sind einige fundamentale Unterscheidungen. Nach der Born-Oppenheimer-Näherung unterscheiden sich Elektronenbewegung und die Bewegung von Atomen in ihrem Zeitverhalten. Diese Unterscheidung liefert auch den Rahmen für die nachfolgende Diskussion. mehr
Als die Quantenphysik entwickelt wurde, war es völlig undenkbar, jemals Quantenvorgänge einzelner Atome beobachten zu können. So war die Diskussion in diesem Zusammenhang immer nur auf Gedankenexperimente beschränkt, und die Quantenmechanik war in der Konzeption, dass Wahrscheinlichkeitsaussagen nur für ein Ensemble gemacht werden, völlig ausreichend. Die Methoden der Laserspektroskopie haben es in den letzten Jahren jedoch möglich gemacht, einzelne freie Atome und auch einzelne Moleküle in Festkörpern zu beobachten und insbesondere deren Quantenverhalten zu verfolgen. Die Möglichkeit, das Vakuumfeld zu manipulieren, das bei der Quantisierung des Strahlungsfeldes ins Spiel kommt, hat weitere interessante Experimente eröffnet. Somit gelingt es heute, die Quantenvorgänge sowie deren äußere Beeinflussung an einzelnen Atomen zu verfolgen und Phänomene sichtbar zu machen, die sich bei der Beobachtung mehrerer Atome nicht zeigen oder herausmitteln würden. Die Tatsache, dass das Vakuumfeld manipuliert werden kann, hat zu einem neuen Forschungsgebiet geführt, das den Namen Resonator-Quanten-Elektrodynamik erhalten hat. Die Experimente, die am MPQ auf diesem Gebiet durchgeführt worden sind, haben die Grundlage dieses Gebietes gelegt. Sie haben zur Beobachtung einer Reihe neuer Ergebnisse geführt, die im Folgenden zusammenfassend beschrieben werden. mehr

Attosekundenphysik: Bewegung im Inneren der Atome

2004 Drescher, Markus; Goulielmakis, Eleftherios; Uiberacker, Matthias; Krausz, Ferenc
Quantenphysik
Mit modernsten Mikroskopen können Forscher einzelne Atome in ihrem Ruhezustand beobachten. Bewegen sich jedoch die Atome, braucht man sehr kurze Lichtpulse, um die Bewegung aus einer Serie von Schnappschüssen rekonstruieren zu können. Reicht zur scharfen Abbildung eines fliegenden Tennisballes eine Belichtungszeit von weniger als eine tausendstel Sekunde, so muss man die Lichtpulse billionenfach, auf wenige Femtosekunden verkürzen, um die schnellsten atomaren Bewegungen in Molekülen festhalten zu können. Innerhalb der Elektronenhülle angeregter Atome sausen Elektronen noch tausendmal schneller. Sie wechseln aus einem Energiezustand in einen anderen typischerweise in der Zeit von 10 bis 1000 Attosekunden. Dabei fliegen Atome, die ursprünglich in einem Molekül gebunden waren, auseinander oder senden ultraviolette bzw. Röntgenstrahlung aus. Diese Vorgänge sind von grundlegender Bedeutung für die Kontrolle chemischer Reaktionen und Synthese neuer Materialien. Sie könnten sogar für die Konstruktion eines handlichen Röntgenlasers eingesetzt werden. mehr
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