Addressierung von Eigenzuständen in integrierten photonischen Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Scheel; Professor Alexander Szameit, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390668058

Das Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung, welches erst in den vergangenen Jahrzehnten entstand, beschäftigt sich mit der Fragestellung, inwieweit die Verwendung von quantenmechanischen Effekten beim Speichern, Verarbeiten und Übertragen von Informationen in inhärent quantenmechanischen Systemen zu neuen Phänomenen, Funktionalitäten und Apparaturen führen kann. Quanteninformationsverarbeitung ist einerseits in der Grundlagenforschung fest verankert, andererseits spielt es eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung neuer Technologien. Photonische Quantensysteme weisen eine Reihe von Vorteilen auf, die von geringer Dekohärenz bis zu quantenmechanischer Kontrollierbarkeit einzelner Teilchen und hoher Mobilität reichen. Der Umfang quantenphotonischer Experimente auf der Basis herkömmlicher Freistrahloptik ist allerdings durch deren hohen Raumbedarf stark begrenzt. Integrierte Optik in monolithischen Materialblöcken stellt für dieses Problem die optimale Lösung dar.Die Idee dieses Projektes ist es, durch speziell designte Wellenleiterarchitekturen eine Vision für neuartige quanteninformationsverarbeitende Anwendungen für kohärenten Informationstransfer aufzuzeigen. Im Einzelnen wird im Projekt (1) die Erzeugung und Transmission von Eigenzuständen in periodisch getriebenen Gitterstrukturen, (2) die Projektion von speziell gewählten Eingangszuständen auf die Eigenzustände und (3) der Transport von Multiphotonenzuständen in verlustbehafteten integrierten optischen Netzwerken untersucht.Das Hauptziel dieses Projektes ist es, einen neuartigen Zugang für den Transfer von Quantenformation zu implementieren und zu testen. Wir werden die Stationarität der Eigenzustände der Wellenleiterstrukturen dazu nutzen, um im Prinzip ungehinderten Transport von Quantenzuständen zu realisieren. Zum einen werden durch die Kombination von Quantenzustandstransfer und optischen integrierten Wellenleitern fundamental neue Zusammenhänge aufgedeckt werden. Des Weiteren werden unsere Ergebnisse direkte technologische Relevanz haben. Wir werden experimentelle Untersuchungen mit theoretischer Analyse vereinen, um unsere Resultate umfassend zu erklären und die Performance der Struktur zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen