Integrierte Quantentechnologie

In seinem Forschungsbereich Integrierte Quantentechnologie führt das FBH F&E-Aktivitäten durch, mit denen Proof-of-Concept Demonstratoren der Quantentechnologie (QT) aus dem Labor in industrietaugliche Lösungen überführt werden sollen. Dies wird der zweiten Quantenrevolution den Weg ebnen, so dass sie ihr Potenzial für die Gesellschaft von morgen entfalten kann. Zu den adressierten Anwendungen zählen die Quantensensorik, die Quantenkommunikation die Quantensimulation und das Quanten-Computing.

  • JOKARUS-Nutzlast
    [+] JOKARUS-Nutzlast - für den ersten optischen Frequenzstandard auf Basis von molekularem Jod im Weltraum © HU Berlin/Franz Gutsch
  • Start der TEXUS50 Rakete
    [+] Start der TEXUS50 Rakete © DLR
  • Lasersystem des KaLExUS-Experiments
    [+] Lasersystem des KaLExUS-Experiments
  • Mikrointegriertes Diodenlasermodul
    [+] Mikrointegriertes Diodenlasermodul (ECDL-MOPA)

Das FBH baut auf seinen Kernkompetenzen im Bereich der III/V-Halbleiter-, der Mikrowellen- und der Diodenlaser-Technologie auf und erweitert dieses Portfolio nach Bedarf. Da die Technologiereife der Quantentechnologie aktuell noch recht niedrig und die Forschung – in hohem Maße – noch eher grundlegend ist, arbeitet das FBH mit universitären Partnern zusammen, um das gesteckte Ziel zu erreichen. Durch diese Zusammenarbeit gelingt es, die gesamte Wertschöpfungskette abzudecken, und zwar von der Konzeptentwicklung und -Demonstration über die Technologieentwicklung bis hin zu den fertigen Komponenten und Subsystemen. Für einzelne Anwendungsfälle geht das FBH bis zum System, das im praktischen Einsatz erprobt wird, das heißt außerhalb des Labors z.B. im Weltraum.

Quantenphotonische Komponenten – hier konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung von elektro-optischen Komponenten und hybrid mikrointegrierten Modulen, die kohärente Strahlung liefern oder deren Manipulation gestatten. Diese wird etwa für die Implementierung von quantenoptischen Sensoren oder Quantencomputern auf Basis von kalten Ionen oder neutralen Atomen benötigt. Ein Schwerpunkt liegt hierbei auf Lasern mit schmaler und ultra-schmalbandiger Emission, die auch für die kohärente Freiraumkommunikation und Lasermesstechnik relevant sind. Die Aktivitäten umfassen zudem F&E für Raumfahrtanwendungen.

Integrierte Quantensensoren – hierbei konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung integrierter Quantensensoren, die hochpräzise Spektroskopietechniken nutzen. Dazu werden atomare oder molekulare Ensembles verwendet, die bei Raumtemperatur oder lasergekühlt nahe dem absoluten Nullpunkt betrieben werden. Sie nutzen hierbei die intrinsischen Eigenschaften quantenmechanischer Zustände und deren präzise Manipulation mit Laserlicht, um Messgeräte mit höchster Präzision zu realisieren. Damit lassen sich physikalische Größen wie Frequenz, Beschleunigung, elektrische oder magnetische Felder untersuchen. Die Aktivitäten beinhalten auch F&E für Raumfahrtanwendungen.

Diamant-Nanophotonik – hier konzentriert sich die Forschung auf nanostrukturierte Diamantsysteme und -materialien, mit denen neuartige Konzepte zum Führen, Fangen und Manipulieren von Licht auf der Nano- und Mikroskala entwickelt werden sollen. Zudem soll eine starke Licht-Materie-Interaktion in Diamant erzeugt werden, wodurch einzelne Quantenspeicher effizient mit einzelnen Photonen gekoppelt, oder, genauer gesagt, verschränkt werden sollen. Quantenspeicher-Photonenverschränkung sowie Quantengatter bilden dann die Grundlage, um künftige Plattformen für die Quantenkommunikation zu implementieren, die sicherer und vielseitiger sind als die bisherigen klassischen Systeme.