Eine Quantenquelle verschränkter Photonen, die in einen winzigen Chip eingebaut ist, wurde entwickelt

Forscher aus Deutschland und den Niederlanden haben eine in einen Chip integrierte Quantenlichtquelle entwickelt.

Das Gerät erzeugt verschränkte Photonen fürQuantencomputing. Die Entwickler sagen, dass die neue Technologie es ermöglicht habe, die Größe der Quelle um mehr als das Tausendfache zu reduzieren und so die nötige Stabilität für Skalierung und Massenproduktion zu gewährleisten.

Ingenieure nutzten „Hybrid-Technologie“die einen Indiumphosphidlaser sowie einen Siliziumnitridfilter und -resonator in einem Chip kombinierten. Auf dem Chip werden in einem spontanen nichtlinearen Prozess aus dem Laserfeld zwei Photonen erzeugt. Jedes von ihnen deckt einen Farbbereich ab, wobei die Farben beider Photonen miteinander in Beziehung stehen. Mit anderen Worten, Photonen sind verschränkt und können Quanteninformationen speichern.

Jetzt können wir den Laser mit anderen integrierenKomponenten auf einem Chip, sodass die gesamte Quantenquelle kleiner als eine Ein-Euro-Münze ist. Unser winziges Gerät könnte als Schritt in Richtung des Quantenvorteils des Photonenchips angesehen werden. Anders als Google, das derzeit ultrakalte Qubits in kryogenen Systemen einsetzt, lässt sich mit solchen photonischen Systemen auf einem Chip sogar bei Raumtemperatur ein Quantenvorsprung erzielen.

Raktim Khaldar, Co-Autor der Studie

Eine Quantenlichtquelle, die in einen münzgroßen Chip integriert ist. Bild: Institut für Photonik, Leibniz Universität Hannover

Qubits (Quantenbits, elementare EinheitenInformationen in einem Quantencomputer) reagieren sehr empfindlich auf Rauschen, erklären die Wissenschaftler. Bisher erforderten Quantenlichtquellen externe und sperrige Lasersysteme, was ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkte.

Um ein miniaturisiertes Gerät zu implementieren, muss der ChipAngetrieben durch ein völlig rauschfreies Laserfeld, das einen eingebauten Filter erfordert. Bisher sei es Forschern nicht gelungen, ein Material zu finden, das die Integration von Laser, Filter und Resonator auf einem einzigen Chip erlaubt, sagen die Entwickler. Ihre Hybridtechnologie löst dieses Problem. In einer Reihe von Experimenten bestätigten sie die hohe Stabilität und Effizienz des fertigen Geräts.

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Auf dem Cover: eine künstlerische Illustration einer in den Chip eingebauten Quantenlichtquelle. Bild: Raktim Haldar, Michael Kues