Die Besetzung des Grundzustands komplexer Systeme erfolgt meist über gezieltes "ausfrieren" der thermischen Anregungen, oder über adiabatisches Laden eines schon kalten Systems in das gewünschte Potenzial. Im Gegensatz dazu lassen sich Photonen durch Strahlungskontakt zu einem Farbstoffbad thermalisieren, was ein direktes kühlen in den Grundzustand ermöglicht. Da Photonen Bosonen sind führt dies bei Überschreiten des Phasenübergangs zum Bose-Einstein Kondensat zu einer makroskopischen Besetzung des Grundzustands, auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen.
Mit einer von uns entwickelten Strukturierungsmethode haben wir die Oberfläche eines Spiegels so strukturiert, dass nur wenige Mikrometer große Mikropotenziale für Licht entstehen, die im Quadrat angeordnet sind. Zusätzlich ist noch ein parabolisches Potenzial überlagert, welches eine Kühlung in den Grundzustand ermöglicht. Mittels direkten Kühlens konnten wir gezielt den Grundzustand eines Ringpotenzials aus vier Töpfchen besetzen, als "Toy Model" eines gekoppelten Gittersystems, das Kreisströme erlaubt. Die Wellenfunktion ist dabei kohärent, d.h. die Emission benachbarter Töpfchen hat eine feste, wohldefinierte Phase.
Perspektiven der Arbeit sind die direkte Kühlung in verschränkte Zustände, die als Resource in der Quantenkommunikation dienen können. In größeren Systemen lassen sich auch topologische Zustände untersuchen, wie sie z.B. beim Quanten-Hall Effekt auftreten, oder auch das optische Analogon eines supraleitenden Fluss-QuBits.
Zusätzliche Information:
Pressemitteilung der Universität