Quantenakustik mit künstlichen Halbleiteratomen

• Antragsteller: Professor Dr. Hubert Johannes Krenner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465136867

In den Quantentechnologien der Zukunft kann kein einzelnes System den stringenten Anforderungen gerecht werden. Daher ist es notwendig, verschiedenartige Quantensystem zu hybriden Quantenarchitekturen zu kombinieren. Nur so ist es möglich die einzelnen Schwächen zu kompensieren und die Stärken synergetisch zu neuen Funktionalitäten zu kombinieren. Das zentrale Ziel von QUASAR ist die Realisierung einer ebensolchen hybriden Quantenarchitektur, die auf den drei meistuntersuchten Anregungen der Festkörperphysik aufbaut: Schall (Phononen), Licht (Photonen) und Ladung (Exzitonen). Konkret wird eine Schnittstelle zwischen akustischen Oberflächenwellen (surface acoustic waves, SAWs, einzelnen Halbleiterquantenpunkten (quantum dots, QDs) und Photonen entwickelt. Diese Platform wird fußend auf eine semiklassiche Beschreibung in den Quantenlimes übergeführt, was einen Meilenstein hin zu zukünftigen hybriden Quantentechnologien darstellt.Hierfür kombinieren wir unsere experimentellen und theoretischen Expertisen, um eine umfassende Toolbox aufzubauen. Diese erlaubt es uns drei miteinander verbundene Fragestellungen zu bearbeiten:(1) Entwicklung der theoretischen und experimentellen Methoden zur Untersuchung der Kohärenz der verschiedenen phononischen Seitenbanden. Hierzu soll die etablierte Methode der resonanten Fluoreszenz zu einem neuartigen Interferenzexperiment erweitert. Diese Interferenz-Technik bildet die Grundlage für alle anderen Experimente in QUASAR.(2) Untersuchung der Kopplung zwischen QD und einem akustischen Resonator. Hierzu werden verschiedene Resoantorgeometrien untersucht und hinsichtlich ihrer Koppeleffizienz optimiert. Wir kombinieren modernste Methoden zur Simuation der Eigenschaften akustische Resonatoren und zur Nanofabrikation dieser Bauelemente.(3) Experimentelle und theoretische Untersuchung der QD-Photon-Phonon-Kopplung. Um diesen fundamentalen Limes zu erreichen, wird das System in den quantenmechanischen Grundzustand gekühlt. Ziel ist der Nachweis der reziproken Quanten-Transduktion zwischen Photonen und Phononen. Hierzu bauen wir auf die in den oben beschriebenen Projektteilen auf, um so den Übergang von einem klassischen in das quantenmechanische Regime exakt untersuchen zu können.In QUASAR werden durchgängig neuartige innovative experimentelle und theoretische Methoden entwickelt. Diese erlauben es nicht nur den vorgeschlagenen Ansatz einer auf Phononen, Photonen und Exzitonen basierenden hybriden Quantenarchitektur zu verwirklichen. Sie versprechen darüber hinaus Anwendung in alternativen Konzepten, die beispielsweise auf magnetische Anregungen wie Magnonen fußen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Pawel Machnikowski; Dr. Daniel Wigger