GRK 3158:  Quantenphotonik: Quantenemitter, maßgeschneiderte Photonenzustände und Quantenprozessoren

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550561379

Quantenzustände des Lichtfeldes sind ein unverzichtbarer Baustein der Quantentechnologien und zugleich von zentraler Bedeutung für die Untersuchungen fundamentaler Aspekte der Physik. Verschränkte Zustände von Photonen werden für Anwendungen in der Quantenkommunikation, Quantenkryptographie und im Quantencomputing eingesetzt und erlauben sowohl grundlegende Tests der Quantenmechanik auf Basis der Verletzung der Bell‘schen Ungleichung als auch die Untersuchung fundamentaler Aspekte der Quantenvielteilchenphysik. Kontrollierte Quantenzustände des Lichtfeldes erlangen zudem immer größere Bedeutung für hochpräzise Messungen jenseits des klassischen Limits und versprechen eine integrierte Quantenphotonik, wobei die effiziente Erzeugung, gezielte Führung, einstellbare Kombination und maßgeschneiderte Kontrolle der Quantenzustände signifikante Herausforderungen darstellen, die weit über die Anforderungen der klassischen Photonik hinausgehen. Das Graduiertenkolleg erforscht im Rahmen dieses Themenkomplexes in einer interdisziplinären Zusammenarbeit von experimentellen und theoretischen Arbeitsgruppen die Grundlagen für eine zukünftige hybride, festkörperbasierte Quantenphotonik und spannt dabei den Bogen von der Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses einzelner Quantenemitter über die Erzeugung maßgeschneiderter Photonenzustände bis zur Erforschung und Umsetzung neuartiger photonischer Quantensysteme auf Grundlage von integrierten photonischen Schaltkreisen. Das GRK bietet den Promovierenden auf diese Weise nicht nur ein äußerst anspruchsvolles, internationales Forschungsumfeld in der Grundlagenforschung, sondern bildet die Promovierenden gleichzeitig in den Gebieten Halbleiterphysik, Photonik, Quanteninformationstechnologie und maschinellen Lernens interdisziplinär aus. Jedes dieser Zukunftsfelder erlebt bereits aktuell einen enormen wirtschaftlichen Aufschwung, und ihre absehbare Verschmelzung wird die Nachfrage nach den interdisziplinär ausgebildeten Promovierenden des GRKs in Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft noch einmal steigern. Das international ausgerichtete GRK wird für die fachliche Ausbildung der Promovierenden eine Vielzahl an Lehrangeboten neu konzipieren, individuell auf die Bedürfnisse der Promovierenden zuschneiden und durch professionelle Führungskräfteentwicklungsprogramme erweitern. Die effiziente Strukturierung der Promotion in Verbindung mit leistungsbezogenen Fast-Track-Optionen und verbindlichen Betreuungsvereinbarungen ermöglichen kurze Promotionszeiten. Die bereits vorhandenen, vielfältigen, internationalen Kooperationen stellen den Zugriff auf exzellente, internationale Doktorandenbewerberinnen und -bewerber sicher und fördern die Selbständigkeit der Kollegiatinnen und Kollegiaten durch Vernetzung und Auslandsaufenthalte. Dabei wird ein intensiver wissenschaftlicher Austausch durch die geplante räumliche Zusammenführung der Promovierenden im Laboratorium für Nano- und Quantenengineering sichergestellt.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Sprecher: Professor Dr. Michael Oestreich
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Fei Ding; Professor Dr. Ilja Gerhardt; Professorin Dr. Michèle Heurs; Professor Dr. Michael Kues; Professor Dr. Robert Raussendorf; Professorin Dr. Birgit Stiller; Professorin Dr. Xiaoying Zhuang; Professor Dr. Hartmut Michael Zopf