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Forschungsgruppe | Theoretical Physics - Macroscopic Quantum Objects

Quantum state of a harmonic oscillator in a non-classical superposition state in a Wigner function representation (left). By way of comparison, a representation of a classical mixture (right). Image: Klemens Hammerer

Die Quantentheorie macht einige äußerst bemerkenswerte Aussagen über Zustände und Vorgänge, die in physikalischen Systemen auftreten können. Diese merkwürdigen Vorhersagen erwiesen sich bereits in einer Vielzahl an Tests mit mikrophysikalischen Systemen, wie zum Beispiel mit einzelnen Atomen oder einzelnen Lichtteilchen (Photonen), als unerschütterlich.

Die Forschung der Gruppe „Theoretical Physics – Macroscopic Quantum Objects“ dreht sich um die zentrale Frage:

Wie groß – im weitesten Sinne – ein physikalisches System sein kann, ohne seine quantenphysikalischen Eigenschaften zu verlieren.

An der Schnittstelle zwischen theoretischer Quantenoptik, Quanteninformationstheorie und nano- und mikrostrukturierten Festkörpersystemen sollen Wege gefunden werden, um die Quantentheorie im Makrokosmos zu testen. Neben dieser fundamentalen Fragestellung werden auch mögliche Anwendungen der Quantenphysik in der Quanteninformations- und Quantenkommunikationstechnologie sowie der Metrologie untersucht. In enger Zusammenarbeit mit jeweils führenden experimentellen Gruppen befassen wir uns dabei mit einem breiten Spektrum von Quantensystemen, von einzelnen Photonen und Atomen in Fabry-Perot-Resonatoren über atomare Ensembles und nano- oder mikromechanische Oszillatoren bis hin zu makroskopischen Testmassen in Gravitationswellendetektoren.

Der Fokus der Arbeiten liegt in der Nutzung von quantenkohärenten Effekten in der Wechselwirkung von Licht und Materie, um den Quantenzustand massiver, makroskopischer Objekte präparieren, kontrollieren und verifizieren zu können.