Verschränkungsbereite Photonenquellen bei Telekommunikationswellenlängen

• Antragsteller: Professor Dr. Fei Ding
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454635269

Verschränkte Photonenquellen sind das Herzstück der photonischen Quanteninformationsverarbeitung. Bis heute gibt es aber wenige Möglichkeiten, sie effizient zu produzieren. Seit den 1980er Jahren wurden Paare von verschränkten Photonen durch den Prozess der spontanen parametrischen Abwärtswandlung (SPDC) hergestellt. Leider gibt es einige intrinsische Nachteile dieser Quellen, wie die geringe Helligkeit und die fehlende elektrische Injektion für praktische Anwendungen. Halbleiter-Quantenpunkten (QP) haben ein großes Potenzial, um diese Probleme zu lösen, da sie bei Bedarf verschränkte Photonenpaare hoher Qualität erzeugen können. Die Forschergemeinschaft hat kürzlich bedeutende Fortschritte bei QP gemacht, die bei kurzen Wellenlängen emittieren (< 1 µm), einschließlich der präzisen Steuerung der berüchtigten „Feinstrukturaufspaltung“ (FSS) und der Faserintegrationstechniken. Um jedoch ein viel ersehntes Quantennetzwerk aufzubauen, muss man die Vorteile der vorhandenen Telekommunikationsinfrastruktur und der verlustarme Natur der Fasern im C-Band und O-Band ausnutzen. Dies ist eine große Herausforderung für QP-basierte Quellen, da die meisten der bisher entwickelten Telekommunikations-QP sehr große FSS (> 100 μeV), geringe Helligkeit, große Linienbreite und signifikante Ladungsschwankungen aufweisen. Wir wollen neue Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Wachstumstechniken einführen und Telekommunikations-QP mit hoher struktureller Symmetrie und Einheitlichkeit wachsen. Das ehrgeizige Ziel besteht darin, dass die Mehrheit der QP "Verschränkungs-bereit" sind, d. h. ihre FSS sind kleiner als die Lebensdauer-begrenzten Linienbreiten. Diese Quellen werden potentiell mit den kommerziellen Dunkelfaser-Netzwerken für Quantentelekommunikationsstudien kompatibel sein. Zu diesem Zweck werden auch wichtige Integrationstechnologien wie die Wellenleiterintegration und Faserkopplung untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen