Interferometrie mit verschränkten Atomen im Weltraum

Atominterferometer sind hochauflösende Messwerkzeuge, die zur Messung inertialer Kräfte wie Beschleunigung und Rotation oder der Gravitation eingesetzt werden können. Hierbei werden Atome im freien Fall in eine quantenmechanische Superposition aus zwei Zuständen gebracht. Die Interferenz zwischen diesen Zuständen ergibt das Messsignal des Interferometers. Die Auflösung der Messung wird umso größer, je länger die Atome sich in dem Superpositionszustand befinden. Es gibt viele Möglichkeiten diese Zeit zu verlängern, beispielsweise in  Falltürmen mit Mikrogravitationsumgebung, diese Möglichkeit bietet der in diesem Projekt genutzte "Einstein-Elevator" (EE) in Hannover. Zudem werden ultrakalte Atome in sogenannten Bose-Einstein-Kondensaten (BECs) verwendet, da sie sich für lange Interrogationszeiten eignen. Die erreichbare Präzision hängt aber nicht nur von der Interferometer-Zeitdauer ab. Neben vielen technischen Parametern gibt es auch eine fundamentale Limitierung der Auflösung: Das Standard-Quantenlimit. Um dieses zu durchbrechen werden die Atome verschränkt, was bedeutet, dass das gesamte Ensemble von Atomen in einen gemeinsamen Quantenzustand überführt wird, wobei starke Korrelationen zwischen den Atomen erzeugt werden. Ziel des vorliegenden Projekts ist die Integration dieser Technologie in einen kompakten und robusten atomaren Sensor, wobei durch den Einstein-Elevator auch die Weltraumtauglichkeit demonstriert wird. Das Ziel dabei ist die Demonstration einer interferometrischen Sensitivität jenseits des Standard-Quantenlimits in Schwerelosigkeit.