Integrierte Umwandlung von Mikrowellen- zu optischen Photonen durch Atome auf einem supraleitenden Chip

• Antragsteller: Professor Dr. József Fortágh; Professor Dr. Reinhold Kleiner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491986552

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Schlüsselkomponente für die Quantenkommunikation zwischen supraleitenden Quanten(sub)prozessoren über große Entfernungen mithilfe von optischen Photonen. Als Grundlage dient die Umwandlung von Mikrowellen in optische Photonen. Wir werden integrierte Chips entwickeln, bei denen Atome gleichzeitig mit Mikrowellen- und optischen Resonatorfeldern wechselwirken. Solche Chips sollen künftig sowohl supraleitenden Quantenprozessoren als auch mit faseroptischen Kommunikationsnetzwerken verbunden werden, um kohärente Verbindungen zwischen entfernten Rechenknoten zu realisieren. Unser Projekt wird chip-basierte Techniken für die Umwandlung zwischen Mikrowellen- und optischen Photonen demonstrieren. Wir werden planare supraleitende Resonatoren sowie integrierte optische Wellenleiter/Resonatoren herstellen. Nach getrennter Evaluierung und Benchmarking der optischen und Mikrowellenkomponenten in dedizierten Kaltatomexperimenten werden wir Hybridchips herstellen, die beides kombinieren. Im Rahmen des Projektes möchten wir die Funktionalität und das optimale Design von supraleitenden Atomchips mit integrierten Mikrowellen- und optischen Resonatoren für die kohärente Umwandlung von Photonen evaluieren. Dieses Projekt vereint die Expertise von fünf Gruppen der experimentellen und theoretischen Physik aus fünf europäischen Ländern: Deutschland, Frankreich, Ungarn, Italien und Griechenland (Tübingen – UT, Bordeaux – LP2N, Budapest – WRCP, Turin – INRIM, Heraklion – FORTH). Das Projekt soll zur wissenschaftlichen Exzellenz, Wettbewerbsfähigkeit und Führungsrolle im weiten Feld der Quantentechnologien auf europäischer Ebene beitragen. Das Projekt soll chipbasierte Lösungen für die kohärente Umwandlung zwischen Mikrowellen und optischen Photonen aufzeigenden und damit den Weg für Quantenverbindungen zwischen entfernten supraleitenden Quanten(sub)registern ebnen. Die Projektarbeiten haben direkte Auswirkungen auf Bereiche der Quantenkommunikation, der Quantencomputing sowie Quantenmetrologie und -sensorik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Griechenland, Italien, Ungarn
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Simon Bernon; Professor Dr. Peter Domokos; Dr. Natascia De Leo; Professor Dr. David Petrosyan