aktualisiertes pdf - DPG-Tagungen

Q 6 Gruppenberichte Fallen und Kühlung
Zeit: Montag 14:00–16:00 Raum: HS 224
Gruppenbericht Q 6.1 Mo 14:00 HS 224
Cavity cooling of a single atom. — •P. Maunz, T. Puppe,
I. Schuster, N. Syassen, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe —
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748
Garching, Germany
All conventional methods to laser cool atoms rely on repeated cycles of
optical pumping followed by dissipation through spontaneous emission in
order to remove entropy from the system. Hence they are only applicable
to atoms with a nearly closed optical transition. Recently a new cooling
mechanism for a single atom strongly coupled to the mode of a highfinesse
cavity was predicted [1,2]. In the atom-cavity system photons lost
from the cavity can substitute for spontaneous emission from the atom.
We observe cavity cooling of a single Rb atom in an intracavity dipole
trap by a weak blue-detuned cavity field strongly coupled to the atom.
Cavity cooling extends the storage time of a single atom by a factor of
two. The observed cooling force is at least 5 times larger than the force
achieved for free-space cooling methods [3] with equal excitation of a twolevel
atom. In the future, cavity cooling could be used to cool molecules
without a closed transition, collective excitations of a Bose condensate,
or even the motion of an atom carrying a quantum bit.
[1] P. Horak, G. Hechenblaikner, K.M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch,
Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[2] V. Vuletić and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
[3] J. Dalibard, and C. Cohen-Tannoudji, J. Opt. Soc. Am. B 2, 1707
(1985).
Gruppenbericht Q 6.2 Mo 14:30 HS 224
Realization of a Quantum Register with Individual Neutral
Atoms — •Dominik Schrader, Igor Dotsenko, Yevhen Miroshnychenko,
Mkrtych Khudaverdyan, Wolfgang Alt, Stefan
Kuhr, Arno Rauschenbeutel, and Dieter Meschede — Institut
für Angewandte Physik; Wegelerstrasse 8; 53115 Bonn
The control of all internal and external degrees of freedom of cold single
atoms has been a focus of our research group for the past decade. Recently,
we have experimentally solved the problem of manipulating each
individual atom within a string of several atoms.
For this purpose, we trap a small number of Caesium atoms in a standing
wave optical dipole trap. The string of stored atoms serves as a quantum
register. Each atom is individually prepared in a desired arbitrary
quantum state using microwave transitions within a magnetic field gradient,
in analogy to MRI techniques. The spatial resolution of this scheme
is equal to the optical resolution of our imaging system of about 2 µm.
We have also improved the absolute position control of the stored
atoms to submicrometer precision using our optical conveyor-belt [1,2].
In addition, the controlled motion of one atom or a string of atoms is
continuously observed in real-time [3].
The realization of this quantum shift register [4] is a prerequisite for
quantum information processing with neutral atoms.
Q 7 Quantenkommunikation
[1] S. Kuhr et al., Science 293, 278 (2001)
[2] S. Kuhr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 213002 (2003)
[3] Y. Miroshnychenko et al., Optics Express [in print]
[4] D. Schrader et al., in preparation
Gruppenbericht Q 6.3 Mo 15:00 HS 224
Optical Bistability and Collective Behavior of Atoms in a High
Finesse Ring Cavity — •Thilo Elsässer, Boris Nagorny, Julian
Klinner, Malik Lindholdt, and Andreas Hemmerich —
Institut für Laserphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149,
22761 Hamburg
We report on collective non-linear dynamics in an optical lattice formed
inside a high finesse ring cavity in a so far unexplored regime, where the
light shift per photon times the number of trapped atoms exceeds the
cavity resonance linewidth. In this regime the otherwise tiny retro-action
of the moving atoms upon the light field becomes a significant feature of
the system. This yields an inherently collective nature of the atomic motion
and a corresponding non-linear behavior of the optical intra-cavity
field. We observe dispersive optical bistability and self–induced breathing
oscillations resulting from the retro–action of the atoms upon the
optical potential wells. We can well understand most of our observations
within a simplified model assuming adiabaticity of the atomic motion.
Non-adiabatic aspects of the atomic motion are reproduced by solving
the complete system of coupled non–linear equations of motion.
Gruppenbericht Q 6.4 Mo 15:30 HS 224
Selbstsynchronisation in einem Netzwerk kollektiv gekoppelter
Atome — •Philippe W. Courteille, Christoph von Cube, Sebastian
Slama, Dietmar Kruse, Benjamin Deh und Claus Zimmermann
— Physikalisches Institut der Universität Tübingen, Auf der
Morgenstelle 14, D-72076 Tübingen
Netzwerke global gekoppelter Oszillatoren können Phasenübergänge
von inkohärenten zu kohärenten Zuständen vollziehen [1]. Atome
die mit gegenläufigen Moden in einseitig gepumpten Hochfinesse-
Ringresonatoren wechselwirken bilden solche global gekoppelten
Netzwerke. Der Kopplungsmechanismus beruht auf dem kollektiven
atomaren Rückstosslaser (CARL), d.h. kooperativer Bragg-Streuung
von Laserlicht an einem atomaren Dichtegitter, das von dem Laserlicht
selbst induziert wird [2]. Unter dem Einfluss einer zusätzlichen
Reibungskraft vollzieht das atomare Ensemble einen Phasenübergang zu
einem Zustand synchronisierter atomarer Bewegung [3]. Wir berichten
über die experimentelle und theoretische Charakterisierung dieses
Phasenübergangs.
[1] S.H. Strogatz, Nature 410, 268 (2001)
[2] R. Bonifacio et al., Nucl. Instrum. Methods 341, 360 (1994)
[3] D. Kruse, C. von Cube, C. Zimmermann, Ph.W. Courteille, Phys.
Rev. Lett. 91, 183601 (2003)
Zeit: Montag 16:30–18:45 Raum: HS 101
Q 7.1 Mo 16:30 HS 101
Freiraum-Quantenkryptographie — •Tobias Schmitt-Manderbach
1 , Henning Weier 1 , Christian Kurtsiefer 1,2 und Harald
Weinfurter 1,3 — 1 Sektion Physik der LMU München, Schellingstr.
4/III, 80799 München — 2 Department of Physics, National University of
Singapore, 2, Science Drive 3, Singapore 117542 — 3 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Quantenkryptographie erlaubt beweisbar sicheren Schlüsselaustausch
für symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen unter Ausnutzung der Gesetze
der Quantenmechanik. Versucht ein Abhörer die Verbindung zu
belauschen, so muß er Messungen am System vornehmen, die es nicht
unbeeinflußt lassen. Dadurch läßt sich im Nachhinein durch öffentliche
Kommunikation feststellen, ob und wieviel Information dem Abhörer maximal
zur Verfügung stehen.
Nachdem in vergangenen Experimenten der Schlüsselaustausch über
23.4 km demonstriert, und damit auch die Zuverlässigkeit der kompakten
Sende- und Empfangsmodule gezeigt werden konnte [1], ist nun ei-
81
ne innerstädtische Verbindung zur Demonstration praktikabler Quantenkryptographie
aufgebaut worden. Für die permanent installierte, fernsteuerbare
Anlage wurden alle benötigten Komponenten den neuen Anforderungen
angepaßt. Wir berichten von der Inbetriebnahme und ersten
Tests, die Aussagen über die Praktikabilität eines freiraumoptischen
Quantenkryptographie-Systems zulassen.
[1] Ch. Kurtsiefer, P. Zarda, M. Halder, H. Weinfurter, P.M. Gorman,
P.R. Tapster, J.G. Rarity, Nature 419, 450 (2002)
Q 7.2 Mo 16:45 HS 101
Practical quantum key distribution: On the security evaluation
with inefficient single-photon detectors — •Marcos Curty and
Norbert Lütkenhaus — Institut für Theoretische Physik I, Staudtstr.
7/B3, Universität Erlangen-Nürnberg, 91058 Erlangen, Germany
Quantum Key Distribution with the BB84 protocol has been shown
to be unconditionally secure even using weak coherent pulses instead of
single-photon signals. The distances that can be covered by these meth-