Integrierte Quellen Verschränkter und Ununterscheidbarer Photonen

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Reitzenstein; Professor Dr. Christian Schneider
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263348684

Die Forschung auf den Gebieten der Quantenoptik und der Quanteninformationsverarbeitung hat unser Verständnis der Natur und ihrem Verhältnis zur Information grundlegend verändert. Daraus haben sich Anwendungen zur sicheren Kommunikation auf der Grundlage der Quantenphysik entwickelt, die bereits vermarktet werden. Viele der spektakulärsten Entwicklungen in diesem Gebiet sind mit Quantenzuständen des Lichts verbunden.Dieses Projekt wird die Herstellung solcher Zustände einen großen Schritt weiter in Richtung Miniaturisierung und Integration bringen und zielt insbesondere darauf ab, die darunterliegenden physikalischen Prozesse besser zu verstehen. Wir werden eine Quantenoptik-Plattform aus nichtlinearen optischen Elemente, einzelnen Quantenemittern und Wellenleiterelementen entwickeln und untersuchen. Insbesonder werden wir ausnutzen, dass resonant angeregte Quantenpunkte sehr reine Zustände einzelner Photonen aussenden können, wobei aufeinanderfolgende Photonen ununterscheidbar sind. Die letztere Eigenschaft ist wichtig für Multi-Photonenprotokolle, zum Beispiel in Quantenrepeatern. Des Weiteren werden wir Bragg-Reflexionswellenleiter benutzen um eine effiziente nichtlineare Umwandlung von Licht zu erreichen. Dabei zielen wir auf den Prozess der spontanen parametrischen Fluoreszenz, welcher ein kurzwelliges Pumpphoton in ein verschränktes Paar von Photonen bei Telekommunikationswellenlänge umwandelt.In unserem Ansatz sollen alle Komponenten auf einem Chip kombiniert werden, so dass wir die Erzeugung von Quantenzuständen des Lichts durch eine resonante Kopplung eines Lasers mit Flüstergallerieresonator an einzelne Quantenpunkte in Mikrosäulenresonatoren und an Bragg-Reflexionswellenleiter untersuchen und optimieren können. Die genannten Komponenten oder Bauteile sind bereits individuell demonstriert worden, jedoch hat noch niemand diese auf einem Chip integriert. Neben den technischen Herausforderungen ergeben sich eine Reihe interessanter physikalischer Fragestellungen, wie zum Beispiel nach dem genauen Ablauf der Erzeugung von verschränkten Photonenpaaren in diesen Strukturen.Unsere Arbeit wird die Grundlage für eine experimentelle Quantenoptikplattform bilden, mit welcher Quantenoptikexperimente auf völlig neue Art durchgeführt werden können. Längerfristig könnte dieser Ansatz zu einer neuartigen Quantentechnologie führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Beteiligte Institution: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Beteiligte Person: Professor Dr. Gregor Weihs