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Prof. Dr. Ignacio Cirac
Ignacio Cirac
Direktor
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Fax: +49 89 3 29 05 - 336
Leiter Abteilung Theorie / Head of Theory Division
Andrea Kluth
Sekretariat/Assistenz
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Abteilungssekretärin / Secretary of Theory Division

Theorie

Direktor: Prof. Dr. Ignacio Cirac

Die Quantenwelt der Atome, Moleküle und Photonen weist merkwürdige und paradoxe Eigenschaften auf, die unserer Intuition vollkommen zuwider laufen. So schaffen es die mikroskopisch kleinen Teilchen z. B., durch klassisch „verbotene“ Gebiete zu tunneln, verhalten sich so, als seien sie gleichzeitig an verschiedenen Orten, oder sie entwickeln seltsame Korrelationen, selbst über große Entfernungen, auch wenn sie nicht direkt miteinander in Wechselwirkung treten. Keines dieser Phänomene tritt in der makroskopischen Welt auf, und doch werden sie mittlerweile in vielen Labors, die sich mit mikroskopischen Objekten befassen, routinemäßig beobachtet. Sollten wir eines Tages in der Lage sein, diese Objekte wirklich zu steuern und zu manipulieren, dann könnten wir Geräte konstruieren, die ansonsten undenkbare Aufgaben ausführen. Es begänne gewissermaßen ein neues Zeitalter der Informationstechnologie, da wir neue Methoden für die Verarbeitung und Übertragung von Information verwenden könnten.

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In der Abteilung Theorie suchen wir nach neuen Möglichkeiten, die Welt der Atome, Moleküle und Photonen zu kontrollieren, und wir erforschen, wie sich ihre quantenmechanischen Eigenschaften nutzen lassen, um Information mit größerer Effizienz und Sicherheit zu übertragen. Darüber hinaus entwickeln wir theoretische Werkzeuge für die Beschreibung von Vielteilchensystemen. Außerdem wirken wir mit an einer auf der Quantenmechanik beruhenden Informationstheorie.

In Kooperation mit anderen internationalen Forschungsgruppen haben wir z. B. Konzepte für Quantencomputer, die auf gefangenen Ionen oder neutralen Atomen beruhen, oder Quanten-Verstärker, die mit einzelnen Photonen arbeiten, vorgeschlagen. (Diese einzelnen Photonen werden entweder von einzelnen Atomen in Resonatoren oder von atomaren Ensembles bei Raumtemperatur ausgesandt und absorbiert.) Von uns vorgeschlagene Methoden ermöglichen es, den Übergang von Materie in die Quantenphase zu untersuchen und Quantensimulationen mit Hilfe von optischen Gittern oder mit Ionen in verschiedenen Arten von Teilchenfallen durchzuführen.

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Unsere Gruppe entwickelt ferner Methoden, Atome abzukühlen oder Kernspins in Quantenpunkten zu polarisieren, um deren Quantenverhalten auszunutzen. Wir haben neue theoretische Werkzeuge geschaffen, um die Verschränkung – eine wichtige Eigenschaft der Quantenmechanik, die für die meisten ihrer faszinierenden Phänomene und Anwendungen verantwortlich ist – zu charakterisieren und zu quantifizieren. Und wir haben mit dieser Technik ausgefeilte Methoden entwickelt, die es uns erlauben, Vielteilchensteme auf ganz neue Weise zu beschreiben. Diese Methoden haben nicht nur sehr leistungsfähige numerische Algorithmen für die Untersuchung von Quantensystemen hervorgebracht, sondern lassen sich auch in anderen Zweigen der Physik anwenden.

 
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