SQAM_Spin Qubits in Künstlichen Molekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Jonathan J. Finley; Professor Dr. Kai Müller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381446053

Eine Schlüsselvoraussetzung für Quantentechnologien ist die Realisierung von Quantenbits in denen Quanteninformation auf Zeitskalen gespeichert und verarbeitet werden kann die wesentlich länger sind als die Zeit die für einen einzelnen Rechenschritt erforderlich ist. Spins in optisch aktiven Hableiter Nanostrukturen sind vielversprechende Kandidaten für diese Aufgabe aufgrund ihrer überragenden optischen Eigenschaften, der Leichtigkeit mit der sie in opto-elektronische Baugruppen und Schaltkreise integriert werden können und der Verfügbarkeit von quantenoptischen Methoden für die Initialisierung, Manipulation und Auslese von Quantenzuständen. Das Thema unseres Forschungsantrages ist es die Dynamik von Spins in gekoppelten Quantenpunkt Paaren, so genannten Quantenpunktmolekülen, zu erforschen. Diese Strukturen ermöglichen äußerst robuste und gut kontrollierbare Spin Qubits die aus mehreren Spins bestehen. Dabei ist es auch ein Ziel unseres Projektes neuartige und maßgeschneiderte Quanten-Hardware zu entwickeln die auf einzelnen Spins (Elektronspin oder Lochspin) und Doppelspins in optische aktiven Quantenpunktmolekülen basiert und als Teil einer elektronischen Baugruppe elektrisch abgestimmt werden kann. Die beteiligte deutsche Arbeitsgruppe hat hochmoderne Techniken entwickelt im Bereich des Wachstums von Nanostrukturen mittels Molekularstrahlepitaxy, Naofabrikation sowie optischer Spektroskopie (Photolumineszenz, Hahn-Echo, photonische Korrelationen, Resonanz-Fluoreszenz Spektroskopie), während die polnische Arbeitsgruppe umfassende Expertise im Bereich der fortgeschrittenen theoretischen Physik und Modellierung (k.p Methoden, Quantenoptik, Dynamik offener Systeme) besitzt. Diese sich ergänzenden Kompetenzen werden wir kombinieren um ein umfassendes Verständnis der Spin Dynamik in Quantenpunktmolekülen zu entwickeln. Dies beinhaltet auch die Wechselwirkung der Spins mit ihrer Umgebung was insbesondere in Kombination mit elektrischen und magnetischen Feldern genutzt werden kann um die Quantenzustände zu kontrollieren.Ein detailliertes Verständnis der Spin Dynamik äußerst wichtig um den Verlust von Quateninformation in die Festkörperumgebung kontrollieren zu können. Daher wird die erfolgreiche Durchführung dieses Projektes Prototypen für dezentralisierte Quantennetzwerke ermöglichen die Anwendung im Bereich der Informationsverarbeitung und sicheren Kommunikation haben.Das Erreichen der Projektziele ist nur möglich durch Arbeiten in einer Theorie-Experiment Rückmeldeschleife die Fabrikation, Charakterisierung und Modellierung beinhaltet. Daher ist es für die beantragte Forschung essentiell, dass die komplementären und weltweit führenden Expertisen der beiden beteiligten Gruppen in experimenteller und theoretischer Festkörperphysik kombiniert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Dr. Lukasz Cywinski, Ph.D.; Professor Dr. Pawel Machnikowski