Quantensensorik mit kalten Atomen

Abstract

Diese Arbeit präsentiert eine neue Technik und deren mathematische Beschreibung zur lokalen Messung von elektromagnetischen Feldfluktuationen mithilfe ultrakalter Rb Atomwolken, welche auf der Detektion der Spin-Flips einzelner Atome dieses Ensembles beruht. Die Technik wird experimentell demonstriert und ein entwickeltes Modell wird mit den durchgeführten Experimenten verglichen. Im Gegensatz zu konventionellen Techniken, basierend auf Untersuchung der Dichte- und Impulsverteilung der Atomwolken, wird hier nur ein kleiner Teil des atomaren Ensembles detektiert. Dies erlaubt die Detektion elektromagnetischer Fluktuationen in Echtzeit, da die Methode das Gesamtensemble nicht zerstört. Die Möglichkeit der Detektion einzelner Atome erlaubt zudem statistische Analysen, welche mit konventionellen Absorptionsabbildungsverfahren nicht zugänglich sind. Im Experiment wurde das Verfahren an Spin-Flips zwischen den beiden Hyperfeinstrukturgrundzuständen von Rb untersucht.