Entwicklung einer vielseitigen Plattform für quantenphotonische integrierte Schaltungen
Mitte des letzten Jahrhunderts haben fundamentale Erkenntnisse der Quantenphysik die Entwicklung des Lasers, des Transistors und des Computerchips ermöglicht. Diese sogenannte erste Quantenrevolution begründete dadurch das Computerzeitalter, welches maßgeblich den technologischen und gesellschaftlichen Wandel zur heutigen Zeit bestimmt hat. In der aktuell beginnenden zweiten Quantenrevolution ist es nun möglich geworden, einzelne hochempfindliche Quantenobjekte präzise zu adressieren und zu manipulieren - unter Bewahrung ihrer fundamentalen quanten-physikalischen Eigenschaften. Damit werden neue technologische Anwendungen ermöglicht, wie die hochsichere Quantenkommunikation oder das Quantencomputing. Diese besitzen das Potenzial viele relevante Bereiche wie die IT-Sicherheit, die vernetzte Kommunikation, die Logistik oder die Medikamentenentwicklung zu revolutionieren. Der Übergang zu technologisch relevanten Anwendungen ist jedoch mit enormen Herausforderungen verbunden. Zum einen müssen die hochempfindlichen Komponenten robust gegen Störungen und Signalverluste sein, zum anderen kompakt und skalierbar. Weiterhin ist ein präzises und fehlerfreies Zusammenspiel vieler verschiedener quantenphysikalischer Komponenten für komplexe Anwendungen, wie z. B. die Quantenkommunikation, unerlässlich, heute aber noch extrem schwierig. Aktuelle Ansätze, die Komponenten aus zumeist unterschiedlichen Materialien effizient zu verknüpfen, beispielsweise mittels Glasfasern, sind sehr fehler- und verlustanfällig. Im Gegensatz dazu bietet die Vereinigung auf einer gemeinsamen Plattform in Form von quantenphotonischen integrierten Schaltungen (QPICs) beste Voraussetzungen, um die benötigten Anforderungen an Komplexität, Skalierung und Kosten zu erfüllen.
Im europäischen Projekt „A versatile quantum photonic IC platform through micro-transfer printing (uTP4Q)“ soll eine vielseitige Plattform für quantenphotonische integrierte Schaltungen (QPICs) für komplexe Anwendungen wie die Quantenkommunikation entwickelt werden. Ziel ist es, die heterogene Integration verschiedenster Materialien wie Indiumarsenid-Quantenpunktemitter, Lithiumniobat Modulatoren und Schalter sowie supraleitende Detektoren auf einer Plattform zu realisieren und dessen Vorteile zu demonstrieren. Der deutsche Projektpartner wird dabei eine neuartige Detektorplattform entwickeln, die als Schlüsselkomponente für die Entwicklung integrierter quantenphotonischer Systeme erforderlich ist. Die nahtlose Integration soll dabei mit Hilfe des Mikro- transferdrucks realisiert werden - einer ursprünglich für Solarzellen entwickelte Übertragungstechnik mit sehr hohem Potenzial.
Die im Projekt geplante Integration unterschiedlicher funktionaler Komponenten auf einer gemeinsamen Plattform wird den Grundstein für robuste, hochgradig skalierbare und kosteneffiziente Quantenkommunikation und weitere Anwendungen legen. Die starke internationale Zusammenarbeit wird Europas Wettbewerbsfähigkeit und Souveränität in der Entwicklung zukünftiger Quantentechnologien frühzeitig und nachhaltig stärken.