MEEDGARD

Memory-Enhanced Entanglement Distribution with Gallium ARsenide quantum Dots

Das Forschungszentrum Mikrotechnik arbeitet seit vielen Jahren mit führenden Wissenschaftlern im Bereich der Quantenoptik zusammen. Im Mittelpunkt steht dabei die Erzeugung von verschränkten Photonenpaaren mittels Quantenpunkten, welche aufgrund ihrer Eigenschaften auch als künstliche Atome bezeichnet werden. Die an der FHV mittels Ultrakurzpulslaser realisierten Piezo-Mikroaktoren sind einer der zentralen Bausteine zur Umsetzung dieser besonderen Lichtquellen.

Mit dem Projekt MEEGARD, gefördert im Rahmen der quantERA Initiative der EU, wird diese wertvolle Zusammenarbeit weiter intensiviert.

Kommunikationsnetze, die die Quanteneigenschaften von Photonen und Materie für die Datenübertragung nutzen, sind grundsätzlich sicherer als herkömmliche Netze und werden im kommenden Zeitalter der Quanteninformationsverarbeitung unverzichtbar sein. Der grundlegende Baustein für ein solches Quantennetzwerk ist ein Knotenpunkt, an dem fliegende photonische Qubits und stationäre Materie-Qubits effizient und mit hoher Zuverlässigkeit Informationen austauschen können. Es gibt zwar mehrere in Frage kommende Plattformen, aber Halbleiter-Quantenpunkte (QDs) zeichnen sich durch ihre optischen Eigenschaften aus: Sie sind die hellsten und kohärentesten Quantenemitter im Festkörperbereich. Die kürzlich vom MEEDGARD-Forschungsteam vorgestellten bemerkenswerten Verbesserungen der Elektronik- und Kernspinkohärenz in QDs haben die Argumente dafür weiter gestärkt, dieses System in den Mittelpunkt der konzertierten Bemühungen um ein Gerät zu stellen, das eine vollständige Hardware-Demonstration ermöglicht.

Wir werden das Fachwissen mehrerer Forschungsgruppen mit komplementären Fähigkeiten und Schwerpunkten bündeln, um ein All-in-One-Gerät zu entwickeln: ein Halbleiter-QD-System, das in der Lage ist, eine Verschränkung zwischen einem Materie-Qubit und einem photonischen QBit zu erzeugen und diese Information mit einer Zuverlässigkeit von 90 % für 100 Millisekunden zu speichern, was eine 100.000-fache Verbesserung gegenüber früheren QD-basierten Ergebnissen darstellt. Wir werden dies durch ein maßgeschneidertes und theoriegeleitetes QD-Wachstum und eine Kontrolle nach dem Wachstum erreichen, um die optischen und Spin-Eigenschaften zu optimieren, was wir durch spektroskopische Messungen verifizieren werden. Wir werden ein solches QD-Bauteil mit

(1) einer Verspannungsplattform, die die Abstimmung der Wechselwirkung zwischen einem Elektronenspin-Qubit und einem Kernregister ermöglicht,

(2) einer optischen Mikrokavität, die eine effiziente Photonenkopplung ermöglicht, und

(3) Hochfrequenzantennen, die eine dynamische Entkopplung des Kernspinregisters für 100 ms ermöglichen, integrieren.

Jedes akademische Mitglied unseres Konsortiums hat entweder separat oder im Rahmen von bi-/trilateralen informellen Kooperationen mehrere Ergebnisse zu den oben genannten Grundelementen erzielt; dieses Projekt wird die Ressourcen bereitstellen, um die Mitglieder zusammenzubringen und ihre vorhandenen Ressourcen zu nutzen, um eine einzigartige und äußerst wirkungsvolle Demonstration von Quantengeräten zu produzieren. Ein industrieller Partner, der über Fachwissen auf dem Gebiet der heterogenen Integration im Wafermaßstab verfügt, wird zur Entwicklung skalierbarer Herstellungsprozesse beitragen. Der Erfolg von MEEDGARD wird direkte Auswirkungen auf künftige Investitionen in halbleiterbasierte Quantennetzwerke haben.

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