KIP-Veröffentlichungen

Ein SU(1,1) Interferometer erhält man durch den Austausch beider Strahlteiler eines Mach-Zehnder Interferometers mit parametrischen Verstärkern. Diese neuen Strahlteiler zeichnen sich durch eine nichtlineare Antwort auf einen starken, kohärenten Pumpstrahl aus und produzieren verschränkte Photonenpaare in ihren Seiten-, also "`Signal"'- und "`Idler"'-, Moden. 

In der Quantenatomoptik kann ein parametrischer Verstärker durch spinaustauschende Stöße realisiert werden. Im Verlauf dieser Stöße werden Atome aus einer einzelnen Spinkomponente paarweise in Seitenmoden gestreut. Als kohärenter Prozess sind diese Kollisionen reversible und in einem SU(1,1) Interferometer werden sie sowohl als Strahlteiler als auch als Strahlkombinierer genutzt. Höchste Phasensensitivität eines solchen Interferometers wird erreicht, wenn die zweiten spinaustauschenden Kollisionen den Effekt der ersten rückgängig machen. Unter diesen Umständen erhält man das anfängliche Vakuum am Eingang auch am Ausgang und Phasensensitivität am Heisenberg-Limit ist möglich.

Wir berichten über die experimentelle Implementierung eines SU(1,1) Interferometers mit Rb-87 Atomen, die in ihrem $F=1$ Grundzustand sind. Wir beobachten das phasenabhängige Ausgangssignal für kleine mittlere Atomzahlen im Interferometer und bestimmen die Phasensensitivität.

An SU(1,1) interferometer is obtained from a Mach-Zehnder interferometer by replacing both its beam splitters with parametric amplifiers. These new beam splitters are characterized by a non-linear response to a strong coherent pump beam and produce entangled photon pairs in its side, viz signal and idler, modes.

In quantum atom optics, a parametric amplifier can be realized by means of spin-changing collisions. During these collisions atoms from a single spin component are pairwise scattered into side modes. As a coherent process these collisions are reversible and are utilized in the SU(1,1) interferometer as both a beam splitter as well as a beam combiner. Highest phase sensitivity of such an interferometer is achieved when the second period of spin-changing collisions completely reverses the effect of the first.  At this point the initial vacuum mode is recovered at the output and Heisenberg limited phase estimation can be obtained.

We report on the experimental implementation of an SU(1,1) interferometer using Rb-87 atoms in the $F=1$ ground state. We observe the phase-dependent output signal for small average atom numbers inside the interferometer and characterize its phase sensitivity.