Photonische Quantentechnologien
In unserem Joint Lab Photonic Quantum Technologies entwickeln wir chipbasierte optische Quantenbauelemente, die direkt mit optischen Fasern verbunden werden können. Chip-integrierte optische Komponenten, wie Wellenleiter, Richtkoppler, optische Zirkulatoren und Resonatoren, bilden die technologische Plattform für die benötigten verlustarmen, nichtlinearen optischen Quantenbauelemente. Die Herstellung basiert auf der lithographischen Bearbeitung von dielektrischen Materialien wie Siliziumdioxid auf Silizium, Siliziumkarbid und Galliumphosphid, kombiniert mit direkten Schreibtechniken mit fokussierten Laserstrahlen, Elektronen und Ionen.
Unsere Forschung verbindet zwei aktuelle Durchbrüche hinsichtlich des Stands der Technik in der Quantenoptik: (i) ultrastarke quantenoptische Nichtlinearitäten und (ii) nanostrukturierte optische Wellenleiterchips, welche Licht äußerst kontrolliert konzentrieren und führen können.
Schlussendlich sollen ultrastarke optische Nichtlinearitäten in einem Quantenchip co-integriert werden. Die konzeptionell einfachste Art einer Zwei-Photonen-Quanten-Nichtlinearität entsteht, wenn eine starke Kopplung zwischen einem Zwei-Niveau-System und einer optischen Mode besteht und zwei Photonen aus dieser Mode gleichzeitig mit dem Zwei-Niveau-System wechselwirken. Um starke Kopplung zu erreichen, verwenden wir optische On-Chip-Mikroresonatoren mit hoher Güte und kleinem Modenvolumen. Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Grundlagen für eine skalierbare, quantenfähige optische Device-Technologie zu schaffen. So sollen etwa zerstörungsfreie Photonenzahl-auflösende Detektoren, konfigurierbare Photonenzahl-spezifische Filter und Sortierer oder fehlerfreie Bell-Zustands-Analysatoren für verschränkte Photonenzustände realisiert werden.
Aktuelle Projekte
Die Projekte adressieren verschiedene Teilaspekte unserer Forschung in Zusammenarbeit mit internen und externen Partnern.
Das Joint Lab Photonic Quantum Technologies ist Teil des Forschungsbereichs Integrierte Quantentechnologie am FBH und wird gemeinsam vom FBH und der Arbeitsgruppe Grundlagen der Optik und Photonik unter Leitung von Prof. Arno Rauschenbeutel an der Humboldt-Universität zu Berlin betrieben.
