Quantentechnologie

Quantentechnologien stehen an der Schwelle von der Grundlagenforschung zur anwendungsorientierten Technologieentwicklung. Tieferes Verständnis quantenmechanischer Gesetzmäßigkeiten und technologische Fortschritte erlauben es heute, kleinste mikroskopische Systeme zu beherrschen und einzelne Atome, Ionen und Photonen zu präparieren, kontrollieren und auszulesen. Ein zentrales Werkzeug dafür ist der Laser. Das Fraunhofer ILT arbeitet in der quantentechnologischen Forschung und Entwicklung an vorderster Front. Denn Laser sind zugleich das ultimative Werkzeug für die präzise Bearbeitung im Mikro- und Nanometermaßstab und zur Präparation und Kontrolle von Quantensystemen. Obendrein sind Photonen, mit denen unser Institut seit jeher arbeitet, selbst Träger von Quanteninformationen. Wir bringen unser Know-how in allen relevanten Zukunftsmärkten dieser Zukunftstechnologie ein: Quantencomputing, Quantenkommunikation, Quantensensorik und Quantenbildgebung.

Quantenmechanik vielseitig nutzbar machen

Zu den verblüffendsten Gesetzen der Quantenphysik gehört es, dass Elementarteilchen durch Überlagerung mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen können und zwei miteinander verschränkte Teilchen auch bei räumlicher Trennung  stets die zueinander exakt komplementäre Information tragen. Die Quantentechnologie kann diese Phänomene kontrollieren - und damit nutzbar machen.

So können Qubits in Quantencomputern durch Überlagerung nicht nur die Werte 0 und 1 sondern jede Kombination beider Werte einnehmen. Jedes weitere Qubit verdoppelt die Rechenleistung. Dadurch sind diese Computer anspruchsvollsten Rechenaufgaben gewachsen. Teils basieren sie direkt auf Photonik, teils ist der Laser als masse- und berührungsloses Hochpräzisionswerkzeug in der Komponentenfertigung unverzichtbar. Das Fraunhofer ILT wirkt in Entwicklungsprojekten auf verschiedenen technologischen Pfaden hin zum Quantencomputing mit.

Die Quantenkommunikation nutzt verschränkte Quanten für eine absolut sichere, von außen nicht manipulierbare Datenübertragung. Diese ist mit Lasertechnik des Fraunhofer ILT bereits über ein Glasfasernetz zwischen Knoten in Den Haag und Delft gelungen. Aktuell entsteht in Aachen ein weiterer Knoten dieses Quanteninternets.

Verschränkung eröffnet auch in Imaging, Sensorik und Messtechnik neue Möglichkeiten. So liefert die Quanten-Optische Coherence Tomographie (OCT) präzise Einblicke in Körpergewebe oder Keramiken. Mithilfe von Lasern und nichtlinearer Optik werden dafür Photonen verschiedener Wellenlängen verschränkt. Die Messung eines Photons reicht, um den Zustand des zweiten zu kennen. Das ermöglicht den Einsatz optimaler Wellenlängen für die jeweiligen Anwendungen. Das Fraunhofer ILT hat diese Zukunftsfelder im Fokus und liefert Know-how für Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit diversen Industrie- und Forschungspartnern.

Geballte Quantenkompetenz

Nahezu rauschfreier Quantenfrequenzkonverter

Auf Basis nichtlinearer Optik hat das Fraunhofer ILT einen nahezu rauschfreien Quantenfrequenzkonverter entwickelt, der maßgeblich zum ersten Austausch verschränkter Quanten zwischen DenHaag und Delft beigetragen hat. Dabei übertragen einzelne Photonen die Information.

Schlüsselkomponenten für photonische Quantencomputer

Mit dem am Institut entwickelten Selektive Laser Etching (SLE) bringt das Fraunhofer ILT mikrometerfeine Strukturen in Glaskörper ein, die als Ionenfallen für photonische Quantencomputer dienen. In einem anderen Projekt entwickeln wir ein Rydberg Tweezer Array für die optimale Strahlverteilung in einem Rydberg-Computer. Dafür splittet es Licht aus vier Ausgängen in 2.000 Beamlets, um 2.000 Qubits bereitzustellen.

Quanten-Optische Coherence Tomographie (qOCT)

Die qOCT liefert hochpräzise Einblicke für die Materialentwicklung und die medizinische Diagnostik. Dank verschränkter Photonen verschiedener Wellenlängen wird es möglich, in Wellenlängenbereichen zu messen, in denen die Detektion bisher kompliziert war. Laser und nichtlineare Optik des Fraunhofer ILT erzeugen die Photonenpaare.

Ansprechpartner

Bernd Jungbluth

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Dr. rer. nat. Bernd Jungbluth

Gruppenleiter NLO und abstimmbare Laser

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstr. 15
52074 Aachen

Telefon +49 241 8906-414

Hans-Dieter Hoffmann

Contact Press / Media

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

Abteilungsleiter Laser und Optische Systeme

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstr. 15
52074 Aachen

Telefon +49 241 8906-206