Ein Photon-Photon-Quantengatter basierend auf Rydberg-Wechselwirkungen in einem Resonator

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Stephan Dürr
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428461323

Ziel des vorliegenden Antrages ist die Realisierung eines Photon-Photon Controlled-NOT Quantengatters basierend auf elektromagnetisch induzierter Transparenz und Rydberg-Blockade in einem optischen Resonator moderater Finesse. Dieses bisher nicht implementierte Schema vereinigt die Vorteile von Rydberg-Blockade mit denen von optischen Resonatoren. Auf Grundlage eines Modells mit realistischen Parametern erwarten wir, dass eine Effizienz des Gatters von über 50% in der Laufzeit des aktuellen Antrags erreichbar ist. Dies ist ein großer Fortschritt im Vergleich zu den bisher demonstrierten Effizienz von bis zu 11% mit linearer Optik, 5% mit einem Atom in einem optischen Resonator und 0,5% bis 8% mit Rydberg-Blockade ohne Resonator. Die erwartete Effizienz von über 50% ist nahe dem Punkt, an dem ein verschränkter Zweiphotonenzustand ohne Postselektion realisiert werden kann und an dem die Kombination mit einem effizienten Einzelphotonenzähler es ermöglicht, bei der Bell-Zustandsmessung die fundamentale Effizienzgrenze linearer Optik zu schlagen. Langfristig erwarten wir noch höhere Effizienz. Dies wird die Erzeugung von verschränkten Zuständen mit mehr und mehr Photonen ermöglichen. Ein hocheffizientes Photon-Photon Controlled-NOT Quantengatter wäre nützlich für photonische Bell-Zustandsmessung in Quantenrepeatern sowie möglicherweise für Quantencomputer.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1929: Giant Interactions in Rydberg Systems (GiRyd)
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thomas Pohl