Heterogene Quantensysteme für das Verzögern und Formen von Einzelphotonenpulsen

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Reitzenstein; Professor Dr. Janik Wolters
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448532670

Die photonische Quantentechnologie ist ein aufregendes Feld in Wissenschaft und Technik. Mögliche Anwendungen sind sichere Quantenkommunikation, Quantencomputer und langfristig das Quanten-Internet. Diese haben gemeinsam, dass Informationen in einzelnen Photonen kodiert sind, die als fliegende Qubits fungieren. Wichtig ist, dass diese fliegenden Qubits effizient mit stationären Qubits verbunden werden müssen, um Quantenspeicher und Quantengatter zu realisieren. Das übergreifende Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Erprobung eines Quantenspeichers für die Speicherung und das Auslesen, sowie für die effiziente spektral/zeitliche Wellenformmanipulation einzelner Quantenpunktphotonen. In unserem Projekt wird erstmals eine heterogene Quantenschnittstelle zwischen Halbleiter-Quantenpunkten und einem in alkalischen Atomen ausgeführten Quantenspeicher realisiert. Dieser Schlüsselbaustein der Quanten-Nanophotonik ermöglicht die Erzeugung von nahezu perfekt ununterscheidbaren Photonen und eine nahezu vollständige Verschränkungs-Treue in Quanten-Repeater-Protokollen. Gleichzeitig planen wir, dass die Quanteninformation in die zeitliche Einhüllende und die Phase der einzelnen Photonen kodiert werden kann, was einen Quanteninformationstransfer mit hoher Kapazität und großem Alphabet ermöglicht.Der zugrundeliegende technologische Ansatz besteht darin, die effiziente und auf Anforderung erfolgende Photonenerzeugung in Halbleiter-Quantenpunkten mit Quantenspeichern zu kombinieren, die in warmem Atomdampf umgesetzt werden. Die Quelle wird deterministisch durch In-situ-Elektronenstrahllithographie von Single-QD-CBR-Bauteilen realisiert. Hier garantiert die fortschrittliche in-situ EBL-Nanotechnologie-Plattform die Herstellung von QD-Quantenlichtquellen mit gut kontrollierter Emissionswellenlänge und hoher Photonenextraktionseffizienz. Der Speicher folgt einem schnellen Leiter-EIT-Schema in warmem Cs-Dampf.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jin-Dong Song