Forschungsgebiete des Instituts für Quantenoptik

Unser Forschungsschwerpunkt ist die Wechselwirkung von Licht mit biologischem Gewebe, wie zum Beispiel Zellen. Basierend auf dem Verständnis der grundlegenden Mechanismen, entwickeln wir Techniken, die zum Beispiel zur Mikroskopie, Manipulation oder Stimulation von Gewebe genutzt werden können.

Wir erforschen vollständig geführte Materiewelleninterferometer in Bezug auf ihre Anwendbarkeit für Inertialmessungen in dynamischen Umgebungen, wie sie beispielsweise für die Verbesserung von Inertialnavigationssystemen benötigt werden. Zusätzlich sollen die Aufbauten auch Tests fundamentaler Physik mittels geführter Materiewellen durchführen.

Die Forschungsaktivitäten in der Abteilung Laser Components and Fibres widmen sich komplexen optischen Beschichtungen höchster Präzision und Qualität für Laseranwendungen und moderne Optiken. Die Abteilung arbeitet außerdem im Bereich laseraktiver Glasfasern und unterhält eine vollständige Herstellungskette für optische Spezialfasern. Dies ermöglicht es, neue Konzepte im Bereich der Laserentwicklung und Materialforschung zu entwickeln.

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Herstellung und Untersuchung molekularer Gase bei ultrakalten Temperaturen von wenigen hundert Nanokelvin über dem absoluten Nullpunkt. Bei so niedrigen Temperaturen bestimmen die Quantenmechanik und die Quantenstatistik das kollektive Verhalten der molekularen Ensembles.

Die wissenschaftlichen Interessen unserer Gruppe umfassen die folgenden Bereiche: Laserphysik und Laseranwendungen, laserbasierte Nanotechnologie, Nanophotonik, biomedizinische Implantate und Geräte, Mikrofluidik, Additive Manufacturing und Biofabrikation, Tissue Engineering und Laserdruckverfahren. Unsere Gruppe ist in den Exellenzclustern: PhoenixD, QuantumFrontiers und Rebirth beteiligt. Wir arbeiten eng mit der Medizinischen Hochschule Hannover und der Industrie zusammen.

Ultrakalte Atome in einem Bose-Einstein-Kondensat besetzen den gleichen Quantenzustand und sind damit equivalent mit dem Licht in einem Laserstrahl. Die Gruppe "Quanten-Atom-Optik" wendet die Werkzeuge der Quantenoptik auf solche Materiewellen an - zur Erzeugung von Verschränkung, grundlegenden Quantenexperimenten und neuartigen Interferometriekonzepten.

Durch die Kombination von Spektroskopietechniken mit Quantenlogik-Methoden  für Quantencomputer basierend auf gefangenen Ionen werden optische Absolutfrequenzen gemessen. Des Weiteren werden Atome mit vielen Energieniveaus sowie Moleküle kohärent manipuliert. Mit diesem Ansatz werden wir die zeitliche Variation von Fundamentalkonstanten genauer untersuchen als jemals zuvor.

Dank der präzisen Manipulationsmöglichkeiten atomarer Ensembles mittels der Atom-Licht-Wechselwirkung können mit kalten oder auch quantenentarteten Gasen hochgenaue Messungen unterschiedlichster Messgrößen durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine faszinierende Vielzahl an Experimenten, die uns tiefe Einblicke in die Quantenmechanik eröffnen. Basierend auf diesen Erkenntnissen forschen wir an optischen Atomuhren und quantenlimitierten Sensoren für den terrestrischen, aber auch weltraumbasierten Einsatz für Tests fundamentaler Theorien der modernen Physik.

Gefangene Ionen sind außergewöhnlich gut kontrollierbare Quantensysteme. Die Manipulation auf der Ebene einzelnener Quanten mithilfe von Mikrowellen und Lasern ermöglicht die Simulation von Quanten-Vielteilchensystemen und Hochpräzisionstests der fundamentalen Symmetrien des Standardmodells der Teilchenphysik.

Kurze Laserlichtimpulse ermöglichen eine faszinierende Bandbreite an Experimenten, darunter zeitaufgelöste Experimente im Femtosekunden Bereich und die Erzeugung von Laserlicht im Röntgenspektrum.