Wir betreiben Grundlagenforschung in der Atom-, Molekül- und Quantenoptik mit besonderem Fokus auf stark wechselwirkende Quantensysteme. Schwerpunkte sind dipolare Quantengase, Supersolidität, Quantenflüssigkeiten sowie ultrakalte und thermische Rydbergsysteme für Anwendungen in der Quantenwissenschaft und Quantentechnologie.
Dipolare Quantengase
Wesentliche Beiträge umfassen die erste Beobachtung stabiler Quantentröpfchen in dipolaren Bose-Gasen sowie den experimentellen Nachweis der Stabilisierung dieser Zustände durch Quantenfluktuationen. Aufbauend darauf gelang erstmals die Beobachtung des Übergangs von einem Bose-Einstein-Kondensat zu einem supersoliden Zustand sowie der Nachweis des Goldstone-Modus als Signatur der Suprafluidität eines Supersolids. Diese Arbeiten haben das Verständnis neuartiger Quantenvielteilchenzustände maßgeblich geprägt.
Rydbergphysik und hybride Quantensysteme
Das Institut erzielte grundlegende Beiträge zur Erforschung ultralangreichweitiger Rydbergmoleküle, darunter die erste Beobachtung permanenter elektrischer Dipolmomente in homonuklearen Molekülen. Darüber hinaus wurden neuartige Bindungsmechanismen zwischen Ionen und Rydbergatomen experimentell nachgewiesen sowie einzelne Elektronen als Störteilchen in Bose-Einstein-Kondensaten untersucht. Im Bereich der Quantensensorik entwickelte das Institut pionierhafte Verfahren zur Mikrowellenfeldmessung mit Rydbergatomen in thermischen Dampfzellen, die heute die Grundlage industrieller Entwicklungen in der atomaren Sensorik bilden.
Die Forschung des Instituts verbindet fundamentale Fragestellungen der Quantenphysik mit Perspektiven für Quantensimulation, Quantensensorik, photonische Quantentechnologien und zukünftige Anwendungen der Quanteninformationstechnologie.
Dieses Projekt untersucht neuartige Aggregatzustände und kollektive Phänomene unter Verwendung von Quantengasen aus dipolaren magnetischen Atomen.
Ziel dieses Projekts ist es, die Kontrolle über Ensembles lasergekühlter und eingefangener zirkularer Rydberg-Atome für Anwendungen in der Quanten-Vielteilchenphysik zu erlangen. Zu diesem Zweck streben wir an, das wechselwirkende Vielteilchensystem auf der Ebene einzelner Atome zu steuern.
Vielteilchenphysik mit Zirkulären Rydberg-Atom-Arrays (Englisch)
Die Gruppe „Physikdidaktik“ am 5. Institut für Physik bildet eine Brücke zwischen Naturwissenschaft und Schulbildung. Im Rahmen der Lehrerausbildungsprogramme unserer Universität (Bachelor of Arts, Master of Education) sind wir für die didaktischen sowie für ausgewählte wissenschaftliche Aspekte der Ausbildung unserer Studierenden verantwortlich. Bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt ihres Studiums erhalten sie die Möglichkeit, mit Schulklassen an einzelnen Unterrichtseinheiten zu arbeiten.
Die von der Carl-Zeiss-Stiftung geförderte Nachwuchsgruppe für Quantenphotonik und eine neue Emmy-Noether-Gruppe, die beide von Stephan Welte geleitet werden, arbeiten an der Realisierung vielseitiger Quanten-Netzwerkknoten für Anwendungen in der Quantenkommunikation und im Quantencomputing.
Carl-Zeiss-Stiftung Nachwuchsgruppe für Quantenphotonik - Stephan Welte
In diesem Projekt erzeugen wir nichtlineare Quanteneffekte, indem wir in mikroskopischen Bauelementen Photonen mit thermischen Atomen koppeln. Ziel ist die Realisierung von photonischen Plattformen, die in hohem Maße integrierbar und skalierbar sind und gleichzeitig mit hoher Genauigkeit reproduzierbar sind, um sie für zukünftige Quantentechnologien wie Quantencomputing, Quantenkommunikation und Quantenmetrologie nutzbar zu machen.
Dieses Forschungsprojekt widmet sich der Entwicklung eines Quantencomputer-Demonstrators auf der Grundlage von Arrays aus gefangenen Rydberg-Atomen.
Ziel dieses Projekts ist die Durchführung räumlich aufgelöster Untersuchungen an heteronuklearen Rydberg-Quantengasen durch die Kombination ultrakalter Rubidium- und Lithiumproben mit Techniken der Ionenmikroskopie.
In diesem Projekt entwickeln wir neuartige Quantensensoren zur hochsensitiven Detektion von Spurengasen auf Basis von Rydberganregungen. Dabei werden Moleküle wie Stickstoffmonoxid (NO) gezielt mit schmalbandigen Lasern in hochangeregte Zustände gebracht und über optogalvanische Signale nachgewiesen. Ziel ist die Entwicklung kompakter und hochpräziser Sensorsysteme für Anwendungen in Medizin, Umweltanalytik und Quantensensorik, beispielsweise zur nichtinvasiven Atemdiagnostik.
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5. Physikalisches Institut
Sekretariat