Direktor: Prof. Dr. Ignacio Cirac

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Die Quantenwelt der Atome, Moleküle und Photonen weist merkwürdige und paradoxe Eigenschaften auf, die unserer Intuition zuwider laufen. So schaffen es die mikroskopischen Teilchen z. B., durch klassisch „verbotene“ Gebiete zu tunneln, verhalten sich so, als seien sie gleichzeitig an verschiedenen Orten, oder sie entwickeln zueinander seltsame Beziehungen, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind und eigentlich überhaupt nicht 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 unmögliche Aufgaben ausführen.

 

Genauer gesagt: es begänne eine neue Ära der Informationstechnologie, da wir neue Methoden für die Verarbeitung und Übertragung von Information verwenden könnten. In der Theorie-Abteilung untersuchen wir neue Wege, die Welt der Atome, Moleküle und Photonen unter Kontrolle zu bekommen, und wir erforschen, wie sich ihre quantenmechanischen Eigenschaften nutzen lassen, um Information mit größerer Effizienz und Sicherheit zu übertragen. Des Weiteren entwickeln wir theoretische Werkzeuge, um Vielteilchensysteme zu beschreiben. Außerdem wirken wir mit an einer Informationstheorie, die auf der Quantenmechanik beruht.

 

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 eingeführte 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 Teilchen-Fallen durchzuführen

 

Unsere Gruppe entwickelt ferner Methoden, Atome abzukühlen oder Kernspins in Quantenpunkten zu polarisieren, um deren Quantenverhalten auszunutzen. Wir haben neue theoretische Werkzeuge entwickelt, 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 hervorgebracht, sondern lassen sich auch in anderen Zweigen der Physik anwenden.

 

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