ErBeStA

Das FBH ist Partner im dreijährigen Forschungsprojekt "Error-Proof Bell-State Analyzer (ErBeStA)", das von der EU gefördert wird. Ziel des anspruchsvollen Projektes ist es, einen Analysator für Bell-Zustände zu realisieren. Bell-Zustände sind ein Konzept aus der Quanteninformationstechnologie und beschreiben Zustände von quantenverschränkten Teilchenpaaren. Ein fehlerfrei arbeitender Analysator für Bell-Zustände ist eine Schlüssel­komponente für optische Quantencomputer und die Quanten­kom­munikation über weite Entfernungen, z.B. über Glasfaserkabel. Seine Verwirklichung wäre ein Meilenstein für alle Informationstechnologien. Auch hochpräzise Zeitmessung, abhörsichere Kommunikation und Quantencloudcomputing würden von der Entwicklung eines solchen Bauteiles profitieren.

  • Mikroskopaufnahme Resonatorsystem
    [+] Mikroskopaufnahme eines Resonatorsystems im Produktionsprozess nach Herstellung der Stützmembran für die Wellenleiter. Der Resonator besteht aus einem Wellenleiter, der an einem Ring gekoppelt ist. Die dünne Membran, die den Wellenleiter trägt, schimmert wegen ihrer Dicke grün.
  • Ausschnitt aus einem fertigen Resonatorsystem
    [+] Ausschnitt aus einem fertigen Resonatorsystem. Hier: lichtmikroskopische Draufsicht der Koppelstelle zwischen Wellenleiter und Ring.
  • Ausschnitt aus einem fertigen Resonatorsystem
    [+] Ausschnitt aus einem fertigen Resonatorsystem. Hier: Querschnitt im Rasterelektronenmikroskop, der die Anordnung in einer dünnen Membran zeigt.
  • Resonatorsysteme aus Siliziumoxid unterschiedlicher Größe
    [+] Resonatorsysteme aus Siliziumoxid unterschiedlicher Größe auf einem Siliziumstützwafer vor dem Vereinzeln.

Der Verbund von sieben europäischen Forschungseinrichtungen in Dänemark, Groß­bri­tan­nien, Österreich und Deutschland kombiniert zu diesem Zweck neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Quantenoptik und der Nanophotonik. Die starken Nichtlinearitäten von Rydberg-Atomen oder Einzelquantenemittern, die an optische Mikro­re­so­natoren gekoppelt werden, sollen mit mikroskopisch kleinen optischen Wellen­leiter­bau­elementen kombiniert werden. Präzise Kontrolle der Lichtausbreitung auf der Größenskala der Wellenlänge des Lichtes ist die Voraussetzung für den angestrebten technologischen Durchbruch.

Das FBH bringt seine Kompetenz auf dem Gebiet der Prozesstechnologie in diese hochaktuelle Forschungsthematik ein. Optische Mikroresonatoren und Wellenleiter werden im Reinraum mit modernen Verfahren der Lithografie und Ätzprozessen hergestellt. Durch den Einsatz von Stepperlithografie können Strukturen mit kleinsten Abmessungen von 400 nm erzeugt werden. Für noch kleine Abmessungen steht eine Elektronenstrahllithografie-Anlage zur Verfügung, die Strukturabmessungen bis zu 50 nm erlaubt. Die in einem Fotolack erzeugten Strukturen werden dann mit angepassten Plasmaätzprozessen in das optische Material übertragen. Als optisches Material wird für dieses Projekt der Einsatz von wenig dämpfenden Siliziumoxiden untersucht, mit denen die Verluste gering gehalten werden können. Eine besondere Herausforderung besteht darin, die winzigen Strukturen einerseits vom Wafer freizustellen, so dass einerseits das geführte Licht durch den Wafer nicht gedämpft wird, anderseits eine genügend feste Verbindung zwischen den optischen Bauteilen und dem Wafer erhalten bleibt. Das Bauteil soll mechanisch so stabil sein, dass es nicht nur in Laboraufbauten, sondern auch in kommerziellen Baugruppen einsetzbar ist.

Die am FBH entwickelten Bauteile werden dann in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern ausgiebig optisch charakterisiert und getestet.