MilliKelvin - Mikrowellen - Photonik-Messsystem

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491605905

Am Physikalischen Institut der Universität Münster werden hybride Quantenbauelemente für die photonische Quanteninformationsverarbeitung entwickelt. Voll entwickelte Quantenkommunikationstechnologien benötigen vielseitig einsetzbare Sende- und Empfangsbauelemente mit Quantenlichtquellen und / oder Detektoren als Schlüsselkomponenten. Für diese Zwecke sind integrierte quantenphotonische Schaltkreise (integrated quantum photonic circuits, IQPCs) zweifellos hervorragend geeignet, da diese die benötigten Funktionalitäten integrieren. Darüber hinaus verlangen praktische Implementierungen flexible hybride Architekturen, die die einzigartigen Stärken einzelner Komponenten nutzbar machen und gleichzeitig individuelle Schwächen umgehen.Das beantragte Großgerät ist eine standardisiertes Test- und Entwicklungssystem für Sende- und Empfangsbauelemente, um die Leistungsfähigkeit von IQPC-Bauelementen und deren Komponenten zu validieren. Zentales Gerät bildet ein photonischer Messplatz, der mit optischen Fasern und Hochfrequenzzuleitungen ausgestattet und für den Einsatz bei milliKelvin Temperaturen spezifiziert ist.Das Großgerät kommt in verzahnten Forschungsrichtungen zum Einsatz. Die erste Richtung umfasst die Umwandlung zwischen hochfrequenten Mikrowellen und optischen Frequenzen. Hier werden hochfrequente akustische Oberflächenwellen pulse zur Programmierung von Quantenprotokollen verwendet, um maßgeschneiderte photonische Ausgangszustände zu erzeugen. Die zweite Forschungsrichtung zielt auf moderne IQPC Quellen ab, die neuartige Klassen von Quantenemittern verwenden, die beispielsweise in zwei-dimensionalen Materialien gezielt positionsgenau erzeugt werden können. In diesem zukunftweisenden Feld sollen insbesondere die kohärenten Eigenschaften der optischen Anregungen und von Spin-Freiheitsgrade erforscht werden. Dies ermöglicht im Anschluss die Entwicklung und Optimierung von Bauelementen, die diese Anregungen gezielt ausnutzen. Die dritte Forschungsrichtung befasst sich mit Detektoren. Hier ermöglicht das Großgerät das standardisierte Benchmarking von supraleitenden Einzelphotonendetektoren in Empfängern. Das Großgerät ist modular konfiguriert und erlaubt eine direkte Adaption von neuentwickelten Methoden. Zu diesem Zweck sind die einzelnen Komponenten des Großgeräts mit Schnittstellen ausgestattet, um Interoperatabilität zwischen verschiedenen funktionalen Einheiten sicherzustellen. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass das Großgerät auch den Anforderungen für die zukünftige Forschungen beispielsweise an neuartigen Quantenlichtquellen in anderen Wellenlängenbändern oder die bidirektionale Quantenumwandlung zwischen stationären supraleitenden oder Spin-Qubits und photonischen Qubits zu validieren.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Arbitrary Waveform Transceiver ; Narrowband tunable laser ; Single photon detection system ; millikelvin microwave photonic probestation
• Gerätegruppe: 5240 Photonenzähler, Quantenphotometer ; 5700 Festkörper-Laser ; 5800 Photodetektoren, -zellen, -widerstände für UV-VIS ; 7170 Transientrecorder, digitale Signalspeicher
• Antragstellende Institution: Universität Münster
• Leiter: Professor Dr. Hubert Johannes Krenner
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Rudolf Bratschitsch; Professor Dr. Carsten Schuck; Professorin Dr. Ursula Wurstbauer