ErBeStA
Das FBH war Partner im kürzlich abgeschlossenen dreijährigen Forschungsprojekt "Error-Proof Bell-State Analyzer (ErBeStA)", das von der EU gefördert wurde. Ziel des anspruchsvollen Projektes war 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 ist ein Meilenstein für alle Informationstechnologien. Auch hochpräzise Zeitmessung, abhörsichere Kommunikation und Quantencloudcomputing können von der Entwicklung eines solchen Bauteiles profitieren.
Der Verbund von sieben europäischen Forschungseinrichtungen in Dänemark, Großbritannien, Österreich und Deutschland kombinierte 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, wurden mit mikroskopisch kleinen optischen Wellenleiterbauelementen kombiniert. Präzise Kontrolle der Lichtausbreitung auf der Größenskala der Wellenlänge des Lichtes ist die Voraussetzung für den technologischen Durchbruch.
Das FBH brachte seine Kompetenz auf dem Gebiet der Prozesstechnologie in diese hochaktuelle Forschungsthematik ein. Optische Mikroresonatoren und Wellenleiter wurden 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 wurden dann mit angepassten Plasmaätzprozessen in das optische Material übertragen. Als optisches Material wurde für dieses Projekt der Einsatz von wenig dämpfenden Siliziumoxiden untersucht, mit denen die Verluste gering gehalten werden konnten. Eine besondere Herausforderung bestand 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 ist mechanisch so stabil, dass es nicht nur in Laboraufbauten, sondern auch in kommerziellen Baugruppen einsetzbar ist.
Die am FBH entwickelten Bauteile wurden in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern ausgiebig optisch charakterisiert und getestet.