Forschung
Zusammenfassung
Die Forschungsgruppe "Ultrakalte Quantengase" untersucht das Verhalten von neutralen Atomen, wenn sie durch Laserkühlung und Verdampfungskühlung auf Nanokelvin-Temperaturen gebracht werden und je nach atomarer Species ein Bose-Einstein-Kondensat oder ein Fermi-Gas bilden. Wir nutzen diese Systeme um fundamentale Fragenstellungen der Quantenvielteilchenphysik in wohlkontrollierten Modellsystemen zu erforschen. Wenn wir die Atome in optische Gitter aus interferierenden Laserstrahlen laden, verhalten sie sich analog zu den Elektronen in einem Festkörper und erlauben neue Einblicke in relevante Phasen der Festkörperphysik wie Supraleiter, Mott-Isolatoren oder topologische Isolatoren. Die ultrakalten Atome erlauben dabei projektive Messungen der Positionen aller Teilchen auf den Gitterplätzen, aus denen sich beliebige Korrelatoren bestimmen und damit exotische Quantenphasen charakterisieren lassen.
Forschungsprojekte
ERC Advanced Grant InToCold
"Interaction-induced topology in ultracold atoms"
In diesem ERC Advanced Grant Projekt (Beginn im Januar 2027) werden wir einen neuen Ansatz zur Realisierung topologischer Phasen mit ultrakalten Atomen für die Quantensimulation verfolgen. Wir werden durch induzierte Wechselwirkung topologische Phasen in höheren Bändern von abstimmbaren mehrteiligen optischen Gittern untersuchen und bosonische Vielteilchenphasen erforschen, die spontan die Zeitumkehrsymmetrie brechen. Wir werden die Materiewellenmikroskopie in neue Bereiche vorantreiben und erstmals die hybridisierten Gitterorbitale direkt auflösen, was mikroskopische Einblicke in diese Phasen ermöglicht. Außerdem werden wir ein neues Schema zur Implementierung dominanter Wechselwirkungen zwischen nächsten Nachbarn einführen und streben die Realisierung chiraler Mott-Isolatoren und topologischer Haldane-Isolatoren an. Weitere Informationen zum ERC Advanced Grant sind in der Pressemitteilung der TU Dortmund zu finden.
Research Unit FOR 5919
„Machine Learning for Complex Quantum States“
In dieser DFG Forschungsgruppe erforschen wir komplexe Quantenzustände mittels maschinellem Lernen. Das Konsortium unter der Sprecherschaft von Dr. Markus Schmitt aus Regensburg besteht aus WissenschaftlerInnen, die in Augsburg, Dortmund, Erlangen, Jena, Köln, Lausanne, München, Regensburg und Zürich forschen und sowohl theoretisch als auch experimentell arbeiten. Unsere Arbeitsgruppe wird in Experimenten mit ultrakalten Atomen Quantenzustände erzeugen, deren Daten sowohl mit maschinellem Lernen analysiert als auch mit Simulationen durch neuronale Quantenzustände verglichen werden sollen. Von der Zusammenarbeit versprechen wir uns sowohl neue Einblicke in komplexe Quantenzustände wie sie in den Quantentechnologien verwendet werden als auch neue Impulse für das maschinelle Lernen. Weitere Informationen finden Sie auf der Projekt-Webseite.
Research Unit FOR 5688
„Driven-dissipative many-body systems of ultracold atoms“
In diesem Projekt arbeiten wir mit Forschern aus Deutschland, der Schweiz und Italien zusammen, um Dissipation als Forschungsmethode zur Vorbereitung relevanter Quanten-Vielteilchenphasen zu untersuchen. Weitere Informationen finden Sie auf der Projekt-Webseite.
