Arno Rauschenbeutel forscht auf dem Gebiet der Quantenoptik und Nanophotonik, mit einem Schwerpunkt auf der Kopplung von Atomen an Licht in nanophotonischen Wellleitern. Seine Arbeit umfasst die Entwicklung hocheffizienter Quantenspeicher, Einzelphotonenquellen und nichtlinearer optischer Bauteile auf der Einzelphotonenebene. Er nutzt dabei experimentelle Ansätze mit kalten Atomen in optischen Nanofasern sowie theoretische Modelle zur Beschreibung kollektiver Quantenphänomene. Ziel ist die Realisierung robuster Schnittstellen für Quantenkommunikation und Quanteninformationsverarbeitung.
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Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel
HU-FIS-Profil ↗EU: Disruptive Approaches to Atom-Light Interfaces (DAALI)
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EU: Disruptive Approaches to Atom-Light Interfaces (DAALI)
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Hocheffiziente integrierte auf atomare und molekulare Übergänge abgestimmte Einzelphotonenquellen
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EU: Error-Proof Optical Bell-State Analyser (ErBeStA)
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Förderer: Alexander von Humboldt-Stiftung Zeitraum: 04/2018 - 06/2026 Projektleitung: Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel
Förderer: Horizon 2020: Research and Innovation Action (RIA) Zeitraum: 07/2018 - 06/2022 Projektleitung: Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel
Förderer: Horizon 2020: Individual Fellowship EU (IF-EU) Zeitraum: 06/2020 - 06/2022 Projektleitung: Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel
Nature · DOI
Physical Review Letters · DOI
Trapping and optically interfacing laser-cooled neutral atoms are essential requirements for their use in advanced quantum technologies. Here we simultaneously realize both of these tasks with cesium atoms interacting with a multicolor evanescent field surrounding an optical nanofiber. The atoms are localized in a one-dimensional optical lattice about 200 nm above the nanofiber surface and can be efficiently interrogated with a resonant light field sent through the nanofiber. Our technique opens the route towards the direct integration of laser-cooled atomic ensembles within fiber networks, an important prerequisite for large scale quantum communication schemes. Moreover, it is ideally suited to the realization of hybrid quantum systems that combine atoms with, e.g., solid state quantum devices.
Science · DOI
Controlling the flow of light with nanophotonic waveguides has the potential of transforming integrated information processing. Because of the strong transverse confinement of the guided photons, their internal spin and their orbital angular momentum get coupled. Using this spin-orbit interaction of light, we break the mirror symmetry of the scattering of light with a gold nanoparticle on the surface of a nanophotonic waveguide and realize a chiral waveguide coupler in which the handedness of the incident light determines the propagation direction in the waveguide. We control the directionality of the scattering process and can direct up to 94% of the incoupled light into a given direction. Our approach allows for the control and manipulation of light in optical waveguides and new designs of optical sensors.