Quantenphotonik auf einem Chip für komplexe Quantennetzwerke

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Michler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425333704

Photonen, die Elementarteilchen des Lichts, sind wesentliche Ressourcen für aufkommende Quantentechnologien wie Quantenkommunikation und Quantenberechnung. Um Operationen mit Photonen durchführen zu können, müssen Schaltkreise für Licht ähnlich wie bei elektronischen Schaltkreisen aufgebaut werden. Diese Schaltungen erfordern Quellen, die in der Lage sind, eine genau definierte Anzahl von Photonen zu emittieren, Wellenleitern, in denen sich Photonen ausbreiten können, Elemente, die eine Wechselwirkung zwischen verschiedenen Photonen im Schaltkreis ermöglichen, und hochempfindliche Detektoren.Unter den verschiedenen Strategien, um solche "quantenphotonischen Schaltkreise" zu erhalten, sind Halbleiterplattformen aufgrund der gut entwickelten Fertigungstechnologien und der Möglichkeit, hochwertige Photonenquellen in die Schaltung zu integrieren, besonders attraktiv. Die natürliche Wahl für die Halbleiterquelle stellen sogenannte Quantenpunkte dar, bei denen es sich um nanoskopische Strukturen handelt, die im Gegensatz zu klassischen Quellen Einzelphotonen "on demand" emittieren können. Trotz des Potenzials, mit dieser Architektur komplexe Netzwerke aufzubauen, ist der Fortschritt auf Demonstrationen mit nur einem Quantenpunkt beschränkt. Der Grund ist, dass sich verschiedene Quantenpunkte in einem Chip normalerweise an nicht optimalen Positionen befinden und Photonen mit unterschiedlichen Farben und unterschiedlichen Eigenschaften emittieren. Dies behindert die effiziente Wechselwirkung zwischen verschiedenen Photonen und schränkt den Anwendungsbereich stark ein.Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Nutzung einer innovativen Plattform, die den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Quantenpunktquellen in einer photonischen Schaltung ermöglicht. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir komplementäres Know-how der Universitäten Stuttgart und Linz kombinieren, um photonische Chips aufzubauen, bei denen Farbe und Eigenschaften der von verschiedenen Quantenpunkten emittierten Photonen durch mechanische Deformation präzise gesteuert werden können. Letzteres wird wiederum erreicht, indem die photonischen Schaltkreise auf einer patentierten piezoelektrischen Plattform platziert werden, die angelegte Spannungen in steuerbare Deformationen umwandelt.Anders als in der Literatur vorgestellten Ansätzen werden wir Quantenpunkte genau an den Eingängen der photonischen Schaltkreise platzieren und die Emissionseigenschaften unabhängiger Quellen durch unsere neue piezoelektrische Plattform präzise steuern. Um die Erfolgschancen zu maximieren, werden wir an zwei verschiedenen Halbleitermaterialsystemen arbeiten. Auf diese Weise werden wir in der Lage sein, die bisher höchsten Photonwechselwirkungen zu demonstrieren und den Weg zu komplexen Netzwerken ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Armando Rastelli