Internationales Forscher*innenteam ver?ffentlicht ?bersichtsarbeit in Nature Reviews Physics
Sogenannte 2D-Materialien, die aus einer Lage von Atomen bestehen, werden aufgrund ihrer besonderen Beschaffenheit zunehmend in optoelektronischen Bauteilen, als Quantenlichtquellen und in integrierten Schaltungen eingesetzt. Die Erforschung der Quantentechnologien, die durch das Material erm?glicht werden, schreitet seit 2015 voran, bietet aber gleichzeitig noch Potenzial für weitere Entwicklungen. Den Status quo hat ein internationales Wissenschaftler*innenteam des europ?ischen ?Quantum Flagship“-Projekts S2QUIP, das von Prof. Dr. Klaus J?ns von der Universit?t Paderborn geleitet wird, jetzt in einem Paper zusammengetragen. Der Artikel wurde von dem Fachjournal Nature Reviews Physics ver?ffentlicht. Die Wissenschaftler*innen wagen au?erdem einen Ausblick auf künftige Herausforderungen und potenzielle Anwendungen.
In der Arbeit geben die Forscher*innen einen ?berblick über die grundlegenden Eigenschaften verschiedener 2D-Schichtmaterialien und stellen die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Quantenlichtquellen vor. ?2D-Materialien erlauben Quantenemitter, die z. B. einzelne Photonen erzeugen, mit einer starken Licht-Materie-Wechselwirkung, sodass sie optimal in On-Chip-Bauteile integriert werden k?nnen. Die M?glichkeit, 2D-Materialien auf photonische Schaltkreise zu übertragen, um hybride Systeme zu entwickeln, er?ffnet neue Chancen für skalierbare quantenphotonische Bauteile“, so J?ns. In den vergangenen sechs Jahren haben sich mit dem Aufkommen von sogenannten ?2D-geschichteten Van der-Waals-Materialien“ neue Techniken und Technologien ergeben. Zum Beispiel die Erzeugung von Quantenemittern durch den Moiré-Effekt, der alleine dadurch zustande kommt, dass zwei 2D-Schichten gegeneinander verdreht werden. J?ns erkl?rt: ?Diese Materialien stellen eine ?u?erst attraktive quantenphotonische Plattform dar. Denn sie bieten maximale Vielseitigkeit, eine ultrahohe Licht-Materie-Wechselwirkung, einfache Integration und neue M?glichkeiten für die Entwicklung von Quantenzust?nden.“
Zur Realisierung künftiger Quantenphotonik-Technologien sind vor allem leistungsstarke Quantenlichtquellen erforderlich, die auf Basis von 2D-Materialen funktionieren. Beispielsweise k?nnen rauscharme Einzelphotonenquellen verschiedene Quantenkommunikationsverfahren mit bedingungsloser langfristiger Informationssicherheit erm?glichen. Laut der Wissenschaftler*innen k?nnen skalierbare On-Chip-Quantenlichtquellen u. a. auch robuste photonische Quantenberechnungen mit ultimativer Datenverarbeitungsgeschwindigkeit erm?glichen.
An der Arbeit waren neben der Universit?t Paderborn Wissenschaftler*innen der Aalto University Finnland und der Heriot-Watt University, Edinburgh, in Schottland beteiligt.
Zum Paper: https://rdcu.be/cERRl (open access) oder: https://www.nature.com/articles/s42254-021-00408-0
