Neuartiges quantenphotonisches Informationsverarbeitungselement
Die Ausnutzung von Nichtlinearitäten, die stark genug sind, um die Interaktion einzelner Photonen zu erlauben, bietet ganz neue Möglichkeiten der Quanteninformationsverarbeitung. Nichtlineare Photonenpaarquellen erzeugen nicht unterscheidbare Photonen eines gut kontrollierten Spektrums, was eine hohe Wiedergabetreue in der Quanteninterferenz ermöglicht. Forschung in dieser Richtung wird jedoch von einem Mangel an skalierbaren Quellen behindert, die bei Bedarf einzelne Photonen produzieren. Das EU-finanzierte Projekt "Integrated single-photon sources in silicon" (ISSIS) arbeitete an der Integration von Photonenquellen und Wellenleiterschaltungen auf einem Chip, um eine skalierbare Lösung bereitzustellen. Moderne Silizium-Photonik-Fertigungsplattformen ermöglichten den Wissenschaftlern die Konzipierung eines Photonenpaarerzeugungs- und Wellenlängenfilterungssystems auf einem einzigen Chip. Diese Quellen wurden in einem Array angeordnet, so dass Detektion, Feed-Forward und Routing mit hoher Sicherheit einzelne Photonen zu einem Ausgang liefert. ISSIS gelang die Demonstration einer nahezu perfekten Quanteninterferenz mit einer gemultiplexten Einzelphotonenquelle auf Basis von nichtlinearen Silizium-Wellenleiter-Wechselwirkungen. Zur Realisierung dieser kompakten Einzelphotonenquelle vereinten die Wissenschaftler die Photonenquellen mit optischen Verzögerungsleitungen, schnellen Schaltsystemen und Steuerungselektronik. Das Projekt hatte nicht nur in Bezug auf seine wissenschaftlichen Ziele, sondern auch in der Öffentlichkeitsarbeit Erfolg zu verzeichnen. Das entwickelte Packaging und die Chip-basierten Architekturen wurden dazu genutzt, um ein einzigartiges Lehrmittel mit der Bezeichnung "Quantum in the Cloud" zu kreieren. Mit Hilfe dieser Anwendung können sich Nutzer zum Zugriff auf einen Quantenprozessorchip registrieren und Experimenten an einem Simulator durchführen.
Schlüsselbegriffe
Einzelphotonen, Quanteninterferenz, Quantenkryptografie, Informationsverarbeitung, Silizium
