Helle Verschränkung aus dunklen Zuständen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Doris Reiter
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560765700

Die zweite Quantenrevolution steht kurz davor, unsere Welt auf eine Weise zu verändern, die wir nur erahnen können: Werden Quantencomputer unsere Kommunikationssicherheit aufbrechen? Werden sie uns helfen, neue Medikamente zu entwickeln? Werden wir in der Lage sein, eine konsistente Theorie der Schwerkraft und der Quantenphysik zu konstruieren? Unabhängig davon, ob man sich von futuristischen Anwendungen oder von grundlegenden Fragen über die Natur leiten lässt, gibt es im Kern ein Geheimnis - die Quantenverschränkung. Als Hauptunterschied zwischen klassischer und Quantenphysik ist die Verschränkung letztlich für die Beschleunigung von Quantenalgorithmen verantwortlich und umgekehrt für die Schwierigkeit, Quantensysteme auf klassischen Computern zu simulieren. Die Verschränkung sorgt für die Sicherheit von Quantenschlüsseln und ermöglicht Quanten-Verstärker für die globale Quantenkommunikation. Weltweit gibt es viele Bemühungen, Quanten- Verstärker zu bauen, und wir glauben, dass gute Quellen für verschränkte Photonenpaare eine Schlüsselkomponente sein werden. Im Vorgängerprojekt „Leistungsfähige verschränkte Zustände aus Quantenpunkten“ (AEQuDot) haben wir wesentliche Fortschritte bei der Verwendung einzelner Halbleiter-Quantenpunkte als Quellen für einzelne verschränkte Photonenpaare erzielt. Anstelle der Polarisationsverschränkung, die selbst bei gut entwickelten Quantenpunkten wahrscheinlich nur eine begrenzte Zuverlässigkeit aufweist, zielen wir auf die Verschränkung in Zeit-Blöcken (time-bins) ab. Bei unserem Ansatz ist fast jeder Quantenpunkt in der Lage, time-bin verschränkte Photonenpaare zu liefern, die sich ideal für die dekohärenzfreie Übertragung durch Glasfasern eignen. Die wichtigste Neuerung für unseren früheren und jetzigen Vorschlag ist die Ausnutzung eines metastabilen Zustands für die Erzeugung einzelner time-bin verschränkter Photonenpaare. Wir haben dunkle Exzitonen-Zustände als geeignete metastabile Zustände für diesen Zweck identifiziert und neue Methoden entwickelt, um diese Zustände, die oft übersehen werden, zu nutzen. Obwohl unsere gemeinsame Arbeit bisher nicht alle Herausforderungen auf dem Weg zu diesem Ziel bewältigen konnte, führte sie zu einer Reihe wichtiger theoretischer Erkenntnisse und experimenteller Erfolge. Am wichtigsten für den vorliegenden Vorschlag ist, dass wir robuste, kohärente Anregungsmethoden entwickelt haben. Für das vorliegende Projekt Helle Verschränkung aus dunklen Zuständen (BRAIDS) haben wir uns daher zum Ziel gesetzt, effizient time-bin verschränkte Photonenpaare aus einem Quantenpunkt über einen metastabilen Zustand zu erzeugen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Dr. Michal Gawelczyk; Professor Dr. Armando Rastelli; Professor Dr. Gregor Weihs