Quetsch-Licht Quanten-Processing mit Photonik und Elektronik

Die Quanteninformationswissenschaft ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet mit dem Potenzial, viele Bereiche unseres täglichen Lebens maßgeblich zu verändern, darunter sichere Kommunikation, schnellere Computer und bessere Simulationen für Medizin oder Logistik Probleme. Im Gegensatz zu binären Ziffern (Bits), die in gewöhnlichen Computersystemen verwendet werden, können Quantenbits oder Qubits in einer Überlagerung von Zuständen arbeiten. Vereinfacht betrachtet bedeutet dies, dass sich ein Qubit gleichzeitig im Zustand 0 und im Zustand 1 befinden kann; Diese Eigenschaft ermöglicht es beispielsweise Quantencomputern, Rechenaufgaben viel schneller auszuführen, da der Quantencomputer mit beiden Werten gleichzeitig arbeitet, wodurch eine Art Quantenparallelität erreicht wird. Daher kann die auf Qubits basierende Berechnung Probleme lösen, die ein herkömmlicher Computer niemals in angemessener Zeit beantworten könnte. Im Vergleich zu anderen physikalischen Systemen die als Kandidaten für Qubits in Frage kommen (wie z.B. gefangene Atome/Ionen, supraleitende Schaltkreise, Spinzustände, etc.), zeichnen sich Photonen durch sehr geringe Dekohärenz (nachteilige Wechselwirkung mit der Umgebung) aus. Der Mangel einer solchen Wechselwirkung impliziert jedoch auch eine geringe Kopplung zu anderen Photonen. Eine solche ist aber nötig, um eine sinnvolle Quantenberechnung mit Hunderten von Qubits durchzuführen. Um Photonen als Qubits, die miteinander interagieren, verwenden zu können, werden gequetschte Lichtzustände eingesetzt. Quetsch-Licht ist ein Zustand, bei dem die Unsicherheiten in Phase und Amplitude des Lichts nicht gleichmäßig verteilt sind, aber eine der beiden Eigenschaften eine größere quantenmechanische Unsicherheit aufweist. Beispielsweise kann ein gequetschter Lichtzustand eine sehr gut definierte Phase, aber eine große Unsicherheit in der Anzahl der Photonen haben. Dies steht im Gegensatz zu einem kohärenten Zustand (z. B. Laser), bei dem die beiden Unsicherheiten gleich groß sind. Der Vorteil von gequetschten Zuständen besteht darin, dass es inhärente Wechselwirkungen zwischen den Photonen gibt und diese genau reproduziert werden kann, welcher den Weg für photonische Quantencomputer eröffnet. Das Erzeugen, Manipulieren und Messen von gequetschten Zuständen ist daher essenziell. Das Projekt SQOPE (Squeezed Quantum prOcessing with Photonics and Electronics) hat das Ziel eine Erzeugung von großen Quetsch-Licht Systemen mit Hilfe von photonischer Integration zu demonstrieren. SQOPE soll zeigen, dass sowohl die Lichtquelle (Quetsch- Licht), als auch die Detektoren auf einem einzelnen siliziumbasierten optischen Chip zusammengefügt werden können. SQOPE ist ein vierjähriges Projekt, das gemeinsam von Partnern aus Belgien (Universität Gent, Projektkoordinator) und Österreich (Austrian Institute of Technology AIT und Universität Wien) durchgeführt und über den FWF (Österreich) und die FWO (Belgien) gefördert wird.