Pulsed quantum optomechanics

Quanten-Optomechanik erlaubt es, quantenmechanische Eigenschaften von makroskopischen Objekten zu untersuchen und etabliert experimentelle Quantenmechanik in einem neuen Regime (sowohl bzgl. Masse als auch Groesse). Dies ermoeglicht experimentelle Tests von Dekohaerenz-Theorien und in naher Zukunft moeglicherweise sogar von Theorien zur Quantengravitation. Anfangs wurde hauptsaechlich die Wechselwirkung zwischen kontinuierlichen optischen Feldern und einem mechanischen Resonator untersucht, in den letzten Jahren wurden aber auch viele alternative Ansaetze in Erwaegung gezogen. Vor allem die Verwendung kurzer optischer Pulse statt eines kontinuierlichen Feldes muss hier erwaehnt werden, da bei diesem Ansatz die mechanische Position waehrend der Wechselwirkung nicht veraendert wird, was eine zerstoerungsfreie Quantenmessung (quantum-non-demolition measurement) der mechanischen Position ermoeglicht. In Verlauf dieser Masterarbeit errichteten wir ein Setup, welches als Nachweis der Machbarkeit einer solchen gepulsten Messung dienen soll. Wir zeigen die Vorbereitung mechanischer Zustaende mit einer reduzierten Orts-Unsicherheit von 19pm (ausgehend von 1.2nm im thermischen Anfangszustand), welche lediglich durch das Schrotrauschen der verwendeten optischen Pulse limitiert ist. Weiters implementieren wir einen tomograhischen Algorithmus, welcher die Rekonstruktion der Wignerfunktion des mechanischen Zustands ermoeglicht. Zukuenftige Verbesserungen an unserem Setup werden die Vorbereitung quantenmechanischer Zustaende bei Raumtemperatur ermoeglichen. Zusaetzlich erlaubt uns unsere tomographische Messmethode die Rekonstruktion quantenmechanischer Zustaende, selbst wenn die urspruengliche Wahrscheinlichkeitsverteilung Merkmale auf einer Laengenskala gegeben durch den Grundzustand enthaelt.