Entwicklung von Dichtematrixgleichungen für Photonen zur Beschreibung von elektromagnetischen Feldern in quantenmechanischen Systemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Schulz
• Fachliche Zuordnung: Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550317433

Quanteneffekte gewinnen in verschiedenen Anwendungsbereichen zunehmend an Bedeutung, wie in der Nanoelektronik für Miniaturisierung, Quantencomputer und in der Photonik für Quantenpunktlaser sowie in der optischen Kommunikationstechnik für Quantencodierung und Quantenkryptographie. Feldoperatoren der Quantenfeldtheorie erlauben eine präzise Behandlung von Teilcheninteraktionen im elektromagnetischen Feld, wobei allerdings das elektromagnetische Feld durch Moden als quantisierte Zustände repräsentiert wird und nicht das Potenzial bestehender numerischen Verfahren der klassischen Elektrodynamik zur Lösung der Maxwellschen Gleichungen ausgenutzt wird. Die Vorgehensweise der Modenanalyse erfordert zudem einen erheblichen numerischen Aufwand. Ziel ist daher die Weiterentwicklung numerischer Methoden zur Analyse zeitabhängiger elektromagnetischer Felder unter dem Aspekt der Quantisierung. Dazu sollen mit Bewegungsgleichungen für Feldoperatoren der Vernichtung und Erzeugung unter Anwendung des Wigner-Formalismus in Dichtematrix-Gleichungen für Photonen umgesetzt werden, mit denen eine selbstkonsistente Berücksichtigung des Ladungsträgertransports ermöglicht werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen