Interferometry with Interacting Bose-Einstein Condensates in a Double-Well Potential

این پایان‌نامه یک تداخل‌سنج کامل ماخ زندر را با برهم‌کنش‌کننده‌های بوز-انیشتین که روی یک تراشه اتمی محصور شده‌اند، نشان می‌دهد. این متکی بر دستکاری منسجم اتم‌هایی است که در یک پتانسیل دو چاه مغناطیسی به دام افتاده‌اند، که نویسنده برای آن نوع جدیدی از تقسیم‌کننده پرتو را توسعه داده است. دوگانگی موج-ذره امکان ساخت تداخل سنج‌ها را برای امواج ماده فراهم می‌کند، که مکمل تداخل‌سنج‌های نوری در دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق، هم برای کاربردهای تکنولوژیکی و هم برای آزمایش‌های اساسی است. این امر مستلزم توسعه آنالوگ‌های اتم-اپتیک برای شکاف‌کننده‌های پرتو، تغییر دهنده‌های فاز و بازترکیب‌کننده‌ها است.

برهم‌کنش‌های ذرات در میعانات بوز-اینشتین منجر به غیرخطی بودن می‌شود که در اپتیک فوتون وجود ندارد. این برای تولید یک حالت غیر کلاسیک با کاهش نوسانات عدد اتمی در داخل تداخل سنج مورد سوء استفاده قرار می گیرد. سپس از این حالت برای مطالعه برهم‌نهی کوانتومی ناشی از برهم‌کنش استفاده می‌شود. زمان‌های انسجام حاصل سه ضریب طولانی‌تر از حد انتظار برای حالت‌های منسجم است که پتانسیل درهم‌تنیدگی را به عنوان منبعی برای اندازه‌سنجی کوانتومی تقویت‌شده برجسته می‌کند.

This thesis demonstrates a full Mach–Zehnder interferometer with interacting Bose–Einstein condensates confined on an atom chip. It relies on the coherent manipulation of atoms trapped in a magnetic double-well potential, for which the author developed a novel type of beam splitter. Particle-wave duality enables the construction of interferometers for matter waves, which complement optical interferometers in precision measurement devices, both for technological applications and fundamental tests. This requires the development of atom-optics analogues to beam splitters, phase shifters and recombiners.

Particle interactions in the Bose–Einstein condensate lead to a nonlinearity, absent in photon optics. This is exploited to generate a non-classical state with reduced atom-number fluctuations inside the interferometer. This state is then used to study the interaction-induced dephasing of the quantum superposition. The resulting coherence times are found to be a factor of three longer than expected for coherent states, highlighting the potential of entanglement as a resource for quantum-enhanced metrology.