Bahndrehimpuls-Photonenzustände aus Supraleiter-Halbleiter-Lichtquellen

• Antragsteller: Professor Dr. Sven Höfling
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561114323

Das Projekt zielt darauf ab, eine innovative supraleitende Licht emittierende Diode (SLED) zu entwickeln, indem Supraleiter und Halbleiter in einer einzigartigen Struktur kombiniert werden. Ein wesentliches Merkmal dieser SLED ist die Erzeugung von Photonenpaaren, die im orbitalen Drehimpuls (OAM) verschränkt sind, einer quantenmechanischen Eigenschaft des Lichts, die Quanteninformationen tragen kann. Das Projekt wird untersuchen, wie supraleitende Materialien mit ihren besonderen Quanteneigenschaften effektiv in photonische Geräte integriert werden können, um das grundlegende Verständnis in beiden Bereichen voranzutreiben. Die Hauptziele umfassen die Konstruktion einer neuen SLED-Struktur mit supraleitenden Kontakten auf beiden Seiten eines pn-Halbleiterübergangs. Diese Konfiguration zielt darauf ab, die Qualität der koinzidenten Photonpaaremission zu verbessern, das Rauschen zu reduzieren und die Reinheit zu erhöhen – beides ist entscheidend für verlässliche quantenbasierte Experimente mit Photonen. Ein weiteres Ziel ist es, die kontrollierte Emission von Photonenpaaren mit bestimmten OAM-Zuständen zu demonstrieren. Diese „verdrehten“ Photonen ermöglichen neue Methoden zur Kodierung von Quanteninformationen und bieten eine Plattform, um Quantenverschränkung und Kohärenzeffekte in supraleitend-halbleitenden Systemen zu untersuchen. Das Projekt wird auch Kopplungsmechanismen zwischen supraleitenden Qubits und photonischen Zuständen in der SLED untersuchen. Diese Erforschung könnte es ermöglichen, supraleitende Quantenzustände auf Photonen abzubilden, wodurch eine neue experimentelle Methode zur Untersuchung kohärenter Quanteneffekte geschaffen wird und möglicherweise feste Quantensysteme mit photonischen Qubits verknüpft werden können. Zur weiteren Verbesserung der Emissionseigenschaften werden zirkulare Bragg-Gitter hinzugefügt, um die Photonenausbeute und die Effizienz der Emission zu steigern, was eine präzisere Kontrolle über die räumliche Struktur und Emissionsrichtung der Photonen erlaubt. Zusammengefasst zielt dieses Projekt darauf ab, ein hybrides Quantensystem aus supraleitenden und photonischen Komponenten zu schaffen und ein Gerät zu entwickeln, das deren einzigartige Eigenschaften vereint. Durch die Erweiterung unseres Verständnisses der Quanteneffekte zwischen supraleitenden Zuständen und photonenbasierten Quantenzuständen könnte diese Forschung den Weg für neue experimentelle Techniken in der Quantenoptik ebnen und die Integration von supraleitenden Quantensystemen mit optischen Quantentechnologien erleichtern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Partnerorganisation: The Israel Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alex Hayat