Innovationsfeld - Informationsverarbeitung für Quantentechnologien
Integration von atomaren Dämpfen auf einer Lithiumniobat-auf-Isolator-Plattform für die Quantenoptik
Für die großtechnische Umsetzung der optischen Quanteninformationsverarbeitung (QIP) wurden bisher viele verschiedene Technologien und Festkörpermaterialien für die integrierte Optik geprüft. Alle diese Plattformen haben jedoch den gleichen grundlegenden Nachteil, dass einzelne Photonen kaum miteinander wechselwirken und sehr starke optische Nichtlinearitäten nötig sind, um rein optische Wechselwirkungen zu erzeugen. Die Nichtlinearität in Festkörpermaterialien ist dafür zu schwach, und selbst die besten nanostrukturierten nichtlinearen Resonatoren auf dem neuesten Stand der Technik kommen kaum in diesen Bereich. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass es keine bedarfsgerechten und reproduzierbaren Quellen für einzelne Photonen und skalierbare nichtgaußsche Zustände des Lichts gibt, die auf optischen Ansätzen basieren, obwohl solche Quellen für diskrete und kontinuierliche variable QIP sehr begehrt wären. Das Ziel dieses Projekts ist es, eine hybride Plattform für integrierte optische QIP zu schaffen, die diesen grundlegenden Schwachpunkt überwindet. Dazu werden die einzigartigen Eigenschaften von Rubidium-Atomdämpfen, insbesondere ihre Nichtlinearität für wenige Photonen, in Verbindung mit der nanostrukturierten optischen Plattform Lithiumniobat auf Isolator (LNOI) genutzt, die einer der vielversprechendsten Kandidaten für die Realisierung integrierter optischer QIP-Systeme ist.
Um diese hybride Plattform zu realisieren und ihre einzigartigen Möglichkeiten zu erforschen, werden wir die sich ergänzenden Kompetenzen der Projektpartner bündeln. Die Jenaer Universität bringt ihre Expertise auf dem Gebiet der nanostrukturierten LNOI für die integrierte Optik ein, die Ulmer Universität ihre Expertise auf dem Gebiet der Beschreibung komplexer Quantensysteme und die Stuttgarter Universität ihre Expertise auf dem Gebiet der atomaren Dämpfe für die Quantenoptik. Gemeinsam werden wir die notwendigen praktischen und technologischen Grundlagen für den Aufbau dieser neuen hybriden Plattform entwickeln und erste experimentelle Demonstrationen durchführen, die zeigen, dass das quantenoptische System funktioniert. Darüber hinaus wollen wir die Möglichkeiten für QIP, die sich aus einer solchen hybriden Plattform ergeben, theoretisch untersuchen.
