Manipulation und Konfektionierung von Einzelphotonen aus DBT

Ein zentrales Ziel der Quantenphotonik ist es, die Fähigkeit des Lichts zur Informationsverarbeitung zu nutzen. Dazu können einzelne Lichtteilchen, so genannte Photonen, verwendet werden. Diese quantenmechanischen Objekte können zur Kodierung und Übertragung von Informationen verwendet werden. Ihre Speicherung ist jedoch äußerst schwierig: Da es sich um Lichtteilchen handelt, bewegen sie sich auch mit Lichtgeschwindigkeit (Licht kann sich in einer Sekunde mehr als siebenmal um die Erde bewegen). Die Speicherung von Informationen auf Photonen erfordert daher die Übertragung dieser Informationen in einen Speicher und auch das anschließende Auslesen. Außerdem muss dies alles geschehen, ohne die äußerst empfindliche Quanteninformation zu zerstören. Neben den Speichern werden weitere Komponenten benötigt, um Quanteninformation mit Photonen zu verarbeiten: Erstens werden spezielle Lichtquellen benötigt, die die einzelnen Photonen erzeugen. Zweitens werden passive Schaltungen benötigt, um das Licht zu verarbeiten. Drittens werden aktive Bauteile eingesetzt, um die Ausbreitung des Lichts in Echtzeit zu steuern. Schließlich werden effiziente Detektoren benötigt, um einzelne Lichtteilchen zu erfassen. Während bei den Detektoren und den Verarbeitungsschaltungen erhebliche Fortschritte erzielt wurden, liegt die Herausforderung in der Echtzeitsteuerung und -manipulation einzelner Photonen. Dies ist eine der größten Hürden, die im Rahmen des Projekts angegangen werden. Das Hauptziel ist die Schaffung eines Quantenspeichersystems unter Verwendung von Atomdampf, das nicht nur Photonen speichert, sondern auch die Manipulation ihrer Eigenschaften ermöglicht. Dieses System kann einzelne Lichtteilchen, die von bestimmten organischen Molekülen ausgesandt werden, speichern, abrufen und verarbeiten. Auf diese Weise können einzelne Photonen effizient kontrolliert und verarbeitet werden. Die Hauptaufgaben dieses Projekts bestehen darin, eine hochgradig kontrollierte Photonenquelle aufzubauen, was durch den Einsatz neuartiger Mikroskoptechniken in einer kryogenen Umgebung geschehen wird. Anschließend werden diese Photonen in Atomdampfsystemen gespeichert, und beim Auslesen werden ihre Eigenschaften durch die Wechselwirkung mit maßgeschneiderten Laserpulsen verändert. An dem Projekt sind zwei Gruppen mit Fachwissen in Quantenoptik und Quanten-Nanophotonik beteiligt, die gemeinsam an der Verwirklichung dieser Technologie arbeiten. Durch die Zusammenarbeit wird sichergestellt, dass alle erforderlichen Kompetenzen vorhanden sind, um die Herausforderungen zu bewältigen und bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung zu erzielen.