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Hong-Ou-Mandel interference of more than 10 indistinguishable atoms

Quensen, Martin und Hetzel, Mareike und Santos, Luis und Smerzi, Augusto und Tóth, Géza und Pezzè, Luca und Klempt, Carsten (2025) Hong-Ou-Mandel interference of more than 10 indistinguishable atoms. In: 26th International Conference on Laser Spectroscopy - ICOLS 2025. ICOLS 2025, 2025-06-02 - 2025-06-07, Elba Island, Tuscany, Italy.

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2MB

Kurzfassung

When two indistinguishable bosons interfere at a beam splitter, they both exit through the same output port, a phenomenon known as the Hong-Ou-Mandel (HOM) effect. It extends to many indistinguishable particles (in two modes), providing a prime example for N-particle interference. vspace In photonic systems, losses typically challenge the direct observation. A realization with atomic systems has remained elusive until now, often due to detection noise obscuring single-particle signals. vspace Here, we demonstrate HOM interference with up to 12 indistinguishable neutral atoms in a spinor BEC, showing negligible loss. Our novel single-atom resolving fluorescence detection clearly reveals parity oscillations and a bunching envelope, two defining features of the multi- particle HOM effect. We confirm maximal entanglement in the generated Twin-Fock states using a novel criterion based on parity. By extracting the states' Fisher information, we observe that their phase sensitivities increase with N , showing the same scaling as ideal Twin-Fock states. vspace Our technique offers the potential for scaling to much larger particle numbers, presenting promising applications in quantum information with indistinguishable particles and Heisenberg- limited atom interferometry.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222529/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Hong-Ou-Mandel interference of more than 10 indistinguishable atoms
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Quensen, MartinMartin.Quensen (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hetzel, Mareikemareike.hetzel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Santos, LuisInstitut für Theoretische Physik, Leibniz Universität Hannover, Appelstraße 2, D-30167 Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Smerzi, AugustoQSTAR, INO-CNR, and LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tóth, GézaDepartment of Theoretical Physics, University of the Basque Country, Bilbao, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pezzè, LucaINO-CNR, Firenze, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klempt, Carstencarsten.klempt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2402-3162NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:26th International Conference on Laser Spectroscopy - ICOLS 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Hong-Ou-Mandel effect, ultracold atoms, entangled states, quantum effects, metrology
Veranstaltungstitel:ICOLS 2025
Veranstaltungsort:Elba Island, Tuscany, Italy
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:2 Juni 2025
Veranstaltungsende:7 Juni 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Innovative Quantum Technology for Space Applications
Standort: Hannover
Institute & Einrichtungen:Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik > Optische Frequenzmessung
Hinterlegt von: Quensen, Martin
Hinterlegt am:10 Feb 2026 09:50
Letzte Änderung:10 Feb 2026 09:50

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