27 Nov. Zukunftsprojekt: Skalierbare photonische Quantenhardware
Ein Hauptziel der Quantenphysik ist der Aufbau gut skalierbarer Technologien für die Quanteninformatik. An der Universität Kopenhagen, der Universität Basel und der Ruhr-Universität Bochum verfolgen Forschende deshalb einen neuen Ansatz für photonische Quantenhardware. Nach Angaben der Beteiligten wird die gemeinsame Arbeit im Rahmen des ERC Synergy Grant ‚Phoqus‘ für die kommenden sechs Jahre mit 11,5 Millionen Euro durch den Europäischen Forschungsrat gefördert.
Quantenpunkte als Quelle verschränkter Photonen
Ziel des internationalen Projekts ist es, mithilfe sogenannter Quantenpunkte verschränkte – also quantenmechanisch verflochtene – Photonen auf Abruf zu erzeugen. Dabei soll es sich um Photonenquellen handeln, die auf einer Festkörperplattform realisiert werden. Durch die Steuerung der Quantenpunkte mit Laserfeldern und das Sammeln der emittierten Photonen mit optischen Nanostrukturen soll es möglich sein, auf Abruf verschränkter Zustände von Photonen zu erzeugen. „Diese Zustände sind die wesentliche Ressource für die photonische Quanteninformationsverarbeitung“, erklärt Arne Ludwig, der aus Bochum an Phoqus beteiligt ist. Ein besonderer Vorteil des gewählten Ansatzes besteht nach Aussage der Forschenden darin, dass er in hohem Maße modular und damit skalierbar ist: Sobald Quellen von ausreichend hoher Qualität realisiert sind, kann die Technologie durch den Bau weiterer Quellen auf größere Prozessoren skaliert werden.
Entwicklungsschritte: Vom verschränkten Photon zum Qantenprozessor
Im Rahmen des Projekts werden dazu Quantenpunkte und photonische Nanostrukturen entwickelt. Die Quantenpunkte sollen nach Aussage der Forschenden so konstruiert werden, dass sie bei Bedarf mehrphotonenverflochtene Ausgangszustände von bis zu zehn Photonen emittieren. Anschließend können Quanteninformationsprozessoren gebaut werden, die diese grundlegenden Ausgangszustände zum Teil verarbeiten und somit zu noch komplexeren Ausgangszuständen verschränken. Schließlich sollen Proof-of-Principle-Experimente zeigen, wie die Technologie zu voll funktionsfähigen Quanteninformationsprozessoren skaliert werden kann. Damit wird das Projekt den Grundstein für zukünftige photonische Quantentechnologien legen.
Zwei Quantenpunkte, die ein Gitter aus verschränkten Photonen bilden. Bild: Universität Basel, Departement für Physik
„Mit dieser Förderung wird ein Traum wahr“, freut sich Ludwig. „Ideen, die bis dato nur auf dem Papier existierten, kann ich nun mit einem starken Team und technologischen Möglichkeiten in die Realität umsetzen. Das Projekt macht es uns in Bochum unter anderem möglich, als Partner verlässlich Proben für Quantenoptik-Gruppen zur Verfügung zu stellen.“
Quelle; www.ruhr-uni-bochum.de
Bild: RUB, Kramer