Rapid generation and number-resolved detection of spinor rubidium Bose-Einstein condensates

Abstract

Hohe Datenerfassungsraten und rauscharme Detektion von ultrakalten neutralen Atomen stellen wichtige Herausforderungen für die Zustandstomographie und interferometrische Anwendung von verschränkten Quantenzuständen in Bose-Einstein-Kondensaten dar. In dieser Arbeit stellen wir eine Quelle mit hohem Fluss von Rb-87 Bose-Einstein-Kondensaten in Kombination mit einer Zahl-auflösenden Detektion vor. Wir erzeugen Bose-Einstein-Kondensate von 2*10^5 Atomen ohne erkennbaren thermischen Anteil innerhalb von 3,3 s mit einem hybriden Evaporationsverfahren in einer magnetischen und optischen Falle. Für die High-Fidelity-Tomographie von Vielkörper-Quantenzuständen im Spin-Freiheitsgrad ist es wünschenswert, eine einzelne Mode für eine Zahl-auflösende Detektion auszuwählen. Wir demonstrieren die rauscharme Auswahl von Teilmengen von bis zu 16 Atomen und deren anschließende Detektion mit einem Zählrauschen unter 0,2 Atomen. Die vorgestellten Techniken bieten einen spannenden Weg zur Erzeugung und Analyse mesoskopischer Quantenzustände mit verbesserter Zuverlässigkeit und zu deren Nutzung für fundamentale und metrologische Anwendungen.