Die Grenzen der photonischen Quantenhardware erweitern

Skalierbare Quanteninformationstechnologie ist eines der Hauptziele der aktuellen Quantenphysikforschung. Sie kann Probleme lösen, an der heutige Technik scheitert. Forscher der Universität Kopenhagen, der Universität Basel und der Ruhr-Universität Bochum verfolgen einen neuen Ansatz für photonische Quantenhardware. Aus Bochum ist Dr. Arne Ludwig an dem Synergy Grant „PHOQUS“ des Europäischen Forschungsrats beteiligt.

Ziel des internationalen Projekts ist es, verschränkte, also auf quantenmechanische Weise verflochtene Photonen auf Abruf mithilfe sogenannter Quantenpunkte zu erzeugen. Dabei handelt es sich um Photonenquellen, die auf einer Festkörperplattform realisiert werden. Durch die Steuerung der Quantenpunkte mit Laserfeldern und das Sammeln der emittierten Photonen mit optischen Nanostrukturen ist es möglich, deterministisch hochverschränkte Zustände von Photonen zu erzeugen. Diese Zustände sind die wesentliche Ressource für die photonische Quanteninformationsverarbeitung. Ein besonderer Vorteil des gewählten Ansatzes besteht darin, dass er in hohem Maße modular und damit skalierbar ist: Sobald Quellen von ausreichend hoher Qualität realisiert sind, kann die Technologie durch den Bau weiterer Quellen auf größere Prozessoren skaliert werden.

Verflochtene Ausgangszustände

Das Projekt befasst sich mit der Herausforderung, fortschrittliche photonische Ressourcenzustände zu schaffen. Dazu werden Quantenpunkte und photonische Nanostrukturen von beispielloser Qualität entwickelt. Die Quantenpunkte werden so konstruiert, dass sie bei Bedarf mehrphotonenverflochtene Ausgangszustände von bis zu zehn Photonen emittieren. Anschließend können Quanteninformationsprozessoren gebaut werden, die diese grundlegenden Ausgangszustände zum Teil „verbrauchen” und somit zu noch komplexeren Ausgangszuständen verschränken. Schließlich werden Proof-of-Principle-Experimente zeigen, wie die Technologie zu voll funktionsfähigen Quanteninformationsprozessoren skaliert werden kann. Damit wird das Projekt den Grundstein für zukünftige photonische Quantentechnologien legen.