Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn erforschen Quantennetzwerke
Sogenannte optische Quantennetzwerke bilden die Basis für zukünftige Technologien wie den Quantencomputer oder das Quanteninternet. Eine Herausforderung bei der Realisierung solcher Netzwerke ist bislang die Notwendigkeit, viele Bauteile in einem gro?en System miteinander zu verschalten. Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn wollen diese Hürde im Rahmen des Forschungsprojekts ?Qinos“ (Quantenbauelemente – integriert, optisch, skalierbar) mithilfe dünner Schichten aus Lithiumniobat überwinden. Ziel ist es, ein einfaches integriertes Quantennetzwerk zu entwickeln, das die Basisfunktionalit?ten gro?er Netzwerke demonstrieren soll. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ab September für zwei Jahre mit rund 1,9 Millionen Euro gef?rdert.
Für Quantenanwendungen ist Dünnschicht-Lithiumniobat (LNOI) ein vielversprechender Kandidat: ?Es erm?glicht bisher nicht umsetzbare Funktionalit?ten wie schnelle elektrooptische Schalter oder hocheffiziente Photonenpaarquellen. Photonen sind kleine Lichtteilchen, aus denen elektromagnetische Strahlung besteht“, erkl?rt Dr. Christof Eigner, der die Projektführung in der Gruppe für Integrierte Quantenoptik von Leibniz-Preistr?gerin Prof. Dr. Christine Silberhorn übernommen hat. Die Wissenschaftler*innen entwickeln mit dem Material einen neuartigen skalierbaren Ansatz, um eine Vielzahl von funktionalen Elementen miteinander zu verbinden. ?Die herausragenden Eigenschaften von Lithiumniobat werden heutzutage zum Beispiel schon sehr h?ufig in der Telekommunikationsindustrie genutzt. Allerdings sto?en konventionelle Lithiumniobat-Bauteile an ihre Grenzen, insbesondere im Hinblick auf die Integrationsdichte, also der maximalen Anzahl von Quellen und Schaltern, die auf einem Bauteil kombiniert werden kann. LNOI adressiert genau diese Schw?chen. So k?nnen hochpr?zise Strukturen mittels Lithographie auf Substrate übertragen werden. Damit lassen sich komplexe Quantenschaltkreise mit hohem Anwendungspotenzial verwirklichen, die auf anderen Materialplattformen in dieser Form nicht umsetzbar sind“, so Eigner weiter.
Die Physiker*innen entwickeln ein Netzwerk, bei dem eine integrierte Photonenpaarquelle mit einem integrierten wellenl?ngenselektiven Strahlteiler kombiniert wird. Erzeugt werden die Photonen durch Laserlicht. Anschlie?end werden die Paare aufgetrennt und in unterschiedlichen Ausg?ngen für die Endnutzung zur Verfügung gestellt. Eigner: ?Damit zeigen wir die effiziente Erzeugung von Quantenlicht und das Routing, also quasi das Steuern von Photonen in einem Quantennetzwerk.“
Auf Basis der im Projekt erzielten Ergebnisse k?nnten in Zukunft multifunktionale, anwendungsorientierte Quantenbauelemente realisiert und zu gro?en, komplexen Netzwerken verschaltet werden. Darüber hinaus soll durch die Einbindung von Industriepartner*innen die gesamte Wertsch?pfungskette für die photonische Quantenhardware in die industrielle Anwendung geführt werden. Das Team rechnet bereits im n?chsten Jahr mit ersten Ergebnissen.
Das BMBF unterstützt das Vorhaben im Rahmen des F?rderprogramms ?Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt“ (F?rderkennzeichen 13N15975).
Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse, Kommunikation und Marketing
