Semiconductor Integrated Quantum Optical Network (SemIQON)
Motivation
Quantenverschränkung von Lichtsignalen und deren effiziente Verteilung über weite Distanzen ist zentral für zukünftige globale Quantennetzwerke. Einzelne Photonen eignen sich dabei als "fliegende" Quantenbits, d.h. als Quantenbits, die für die Übermittlung von Informationen zwischen einzelnen Knoten geeignet sind. Eine vielversprechende Quelle verschränkter Photonen sind Halbleiter-Quantenpunkte, die sehr gut in miniaturisierte elektronische und photonische Schaltkreise integriert werden können. Eine Kombination mit mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS) ermöglicht das dynamische Abstimmen der optischen Parameter und damit der quantenmechanischen Eigenschaften der Photonen.
Ziele und Vorgehen
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines (hybriden) Halbleiter-MEMS-Bauelements für skalierbare Anwendungen in optischen Quantenverstärkern und -computern. In dem Bauteil soll dabei ein nano-photonisches Netzwerk aus quasi-identischen, verschränkten Halbleiter-Quantenpunkten errichtet werden. Dies ermöglicht die effiziente Erzeugung großer verschränkter Zustände zwischen Quantenbits (Photonen) und/oder Materie-Quantenbits (Quantenpunkten). Bei der Entwicklung werden mehrere Schlüsseltechnologien wie Halbleiter-Nanostrukturen und -dioden sowie photonische Schaltkreise und piezoelektrische Mikrostrukturen vereint.
Innovation und Perspektiven
Moderne Fertigungstechnologien ermöglichen das Betreiben vieler paralleler Halbleitersysteme auf einem Chip. Mit Halbleiter-Quantenpunkten sind hohe Datenraten (bis GHz) im Hinblick auf die Erzeugung einer großen Anzahl verschränkter Photonen erreichbar.
Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten in der topologischen Photonik, die die gezielte Verknüpfung der Struktur eines Bauteils mit seinen Brechungseigenschaften ausnutzt. Auch könnte perspektivisch die Erforschung neuromorpher Quantencomputer von dem verfolgten Ansatz profitieren. Quantenpunkte können für Emission im Telekommunikationswellenlängenbereich entwickelt und in der Quantenkommunikation eingesetzt werden.