On-Chip-Quantenphotonik mit mehreren abstimmbaren QDs

Dieses Projekt zielt darauf ab, fortschrittliche Technologien für quantenoptische Experimente und Anwendungen zu entwickeln, indem winzige Lichtquellen, sogenannte Quantenpunkte, in spezialisierte optische Schaltkreise integriert werden. Diese Schaltkreise ermöglichen die präzise Kontrolle und Manipulation von Licht auf Quantenebene und schaffen so die Grundlage für zukünftige Quantenbauteile. Eines unserer Hauptziele ist der experimentelle Nachweis eines zentralen Quanteneffekts, der sogenannten Hong-Ou-Mandel (HOM)-Interferenz. Dabei werden zwei Lichtteilchen (Photonen) ununterscheidbar und interferieren auf eine Weise, die für viele Quantentechnologien essenziell ist. Wissenschaftler haben diesen Effekt bereits für Photonen aus einer einzigen Quelle demonstriert, doch ihn mit Photonen aus unterschiedlichen Quellen auf demselben Chip zu realisieren, ist wesentlich anspruchsvoller. Bisher konnte dies nur mit separaten Diodenstrukturen erfolgreich umgesetzt werden. Unser Ansatz geht einen Schritt weiter, indem wir diesen Effekt in einem einzigen integrierten Chip ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, konzentrieren wir uns auf drei zentrale Herausforderungen: Effiziente Lichtführung in photonischen Schaltkreisen Wir entwickeln hochwertige optische Schaltkreise, die Photonen mit minimalen Verlusten erfassen und leiten. Dabei setzen wir auf ein spezielles Material, AlGaAs-on-Insulator, das sowohl eine starke Lichtführung als auch hohe mechanische Stabilität bietet. Stabile und zuverlässige Photonenerzeugung Quantenemitter können unvorhersehbar blinken oder Photonen mit leicht unterschiedlichen Eigenschaften aussenden. Durch die Integration hochqualitativer Quantenpunkte in unsere Schaltkreise stellen wir sicher, dass sie gleichmäßige und qualitativ hochwertige Photonen erzeugen. Gleiche Eigenschaften für Photonen aus verschiedenen Quellen Damit unser System funktioniert, müssen Photonen aus unterschiedlichen Quantenemittern nahezu identisch sein. Wir nutzen präzise Abstimmungsmethoden, darunter mechanische Spannungskontrolle, um ihre Eigenschaften anzupassen und an spezifische atomare Frequenzstandards wie jene in Atomuhren anzugleichen. Durch die enge Zusammenarbeit von Experten aus den Bereichen Photonik, Quantenoptik und Nanotechnologie verschiedener Forschungseinrichtungen will unser Projekt die Grenzen der Quantenphotonik erweitern. Gelingt uns dies, könnte unsere Arbeit den Weg für praktische Quantennetzwerke und neue Methoden zur Verarbeitung und Speicherung von Quanteninformationen ebnen.