Einzelne Ionen im Vakuumfeld eines Resonators
Dr. Christoph Becher (Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck)

Die Speicherung einzelner Ionen in Paul-Fallen in Kombination mit Laserkühlung und Zustandsmanipulation durch Licht bietet die faszinierende Möglichkeit, ein einzelnes Quantensystem zu isolieren, seine Eigenschaften vollständig zu kontrollieren und Wechselwirkungen mit seiner Umwelt zu studieren. Ein wesentlicher Vorteil gespeicherter und lasergekühlter Ionen ist ihre hohe räumliche Lokalisierung auf wenige zehn Nanometer, die z.B. ihren Einsatz als lokale Sonden für elektromagnetische Felder auf der Skala optischer Wellenlängen ermöglicht. Als Beispiel für einen solchen Einsatz wird in diesem Vortrag die Ankopplung eines einzelnen Ions an das modifizierte elektromagnetische Vakuumfeld in einem optischen Resonator vorgestellt. Die räumliche uns spektrale Modifikation des Vakuumfeldes wird nachgewiesen durch präzise Messungen atomarer Lebensdauern, Niveauverschiebungen und mechanischer Kräfte auf das Ion.Diese Kopplungseffekte, insbesondere die Änderung der spontanen Emissionseigenschaften, lassen sich im Rahmen der Quanteninformation anwenden zur gezielten Erzeugung einzelner Photonen und für Experimente zur Schnittstelle zwischen Atomen und Photonen für die Quanteninformationsübertragung.