Verbundprojekt: Hollow-core fiber atom guide for quantum devices (QuantumGuide) - Teilvorhaben: Transport ultrakalter Atome durch eine Hohlfaser in einen Kryostaten

Viele Quantentechnologien basieren auf der Manipulation von isolierten Atomen/Ionen in Ultrahochvakuum (UHV)-Apparaturen. Eine solche Umgebung ermöglicht eine gute Abschirmung der Quantensysteme gegen die Umgebung und somit lange Kohärenzzeiten. Die Manipulation und Detektion der Quantensysteme erfolgt mittels optischer und elektrischer Signale, welche über Lichtleitfasern bzw. Kabel gezielt an die Apparatur geführt werden. Als Quellen der atomaren Quantensysteme kommen jedoch häufig Öfen zum Einsatz, die bei hohen Temperaturen und Drücken betrieben werden und sich in unmittelbarer Nähe der abzuschirmenden Quantensysteme befinden. Dies führt unvermeidbar zu Aufheizung, Dekohärenz aufgrund der höheren Hintergrundgasdrücke und zur Kontaminierung der Oberflächen in der Nähe der Quelle. Diese Probleme lassen sich umgehen, indem der "kohärente Bereich" der Apparatur durch differentielles Pumpen von der Quelle isoliert wird. Dies führt typischerweise jedoch zu einer signifikanten Vergrößerung der Apparatur. Das QuantumGuide-Projekt zielt darauf ab, durch die Entwicklung eines Hohlfaser-basierten Transportsystems für kalte Atome, dieses Problem zu lösen. Ziel ist es, eine möglichst flexible und weitgehende Trennung der atomaren Quelle von dem Anwendungsgebiet zu erreichen. Die Atome werden hierzu in einer Quellenapparatur freigesetzt, mittels Laserstrahlung gekühlt und gefangen und sodann in eine photonische Hohlfaser (hollow-core photonic crystal fiber, HCPCF) mittels Laserstrahlung geladen. Durch diese Faser werden die Atome dann zu ihrem Anwendungsbereich transportiert - analog zur Übertragung von Lichtfeldern durch Lichtleitfasern. Im Teilvorhaben des Verbundpartners TUDA sollen erstmals zwei Apparaturen über eine HCPCF einer Länge im Meterbereich miteinander verbunden und Rubdiumatome mittels Laserstrahlung durch sie hindurch geführt werden. Ferner soll die Anbindung einer solchen atomaren Faserquelle erstmalig an einen Kryostaten demonstriert werden.