Quanten-Quellen

Standen bei bisherigen Quantentechnologien zumeist kollektive Teilchenphänomene im Vordergrund, werden aktuell Technologien entwickelt und optimiert, mit denen sich einzelne Photonen und Quantenzustände gezielt erzeugen, manipulieren und für Anwendungen nutzen lassen.

Am Fraunhofer ILT werden Einzel- und Paarphotonen-Quellen mit hohen Signal-Rausch-Verhältnissen entwickelt, u. a. für den Einsatz in der Bildgebung mit bisher ungenutzten Wellenlängen beim Quantenimaging. Zudem liegt ein weiterer Fokus auf angepassten Laserstrahlquellen, die sich für die Erzeugung von Quantensystem-Komponenten nutzen lassen oder auch für Anregungs- und Schaltprozesse auf atomarer Ebene im Quanten-Computing-Bereich.

Für Quantenimaging-Anwendungen entwickelt das Fraunhofer ILT z. B. parametrische Photonenquellen im MIR-Bereich. Genutzt werden u. a. periodisch gepolte Kristalle, gepumpt mit Halbleiterscheibenlasern, die Messwellenlängen im Bereich von einigen Mikrometern und zusätzlich gut detektierbare Signalwellenlängen erzeugen. Diese Photonenquellen lassen sich in Interferometern als bildgebende Systeme nutzen. Neben den Quellen selbst werden Methoden zur Bilderfassung mit optimierter Abbildungsqualität entwickelt, die z. B. die Bildgebung in der Biologie, Halbleiter- oder Messtechnik erweitern und zusätzlich aufgrund der geringen genutzten Intensitäten völlig neue Möglichkeiten u. a. in der Medizintechnik bieten können.

Im Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS arbeitet das Fraunhofer ILT unter anderem an Hochleistungs-UKP-Lasern zur Herstellung von Komponenten für die Quantentechnologien 2.0. Mittels ultrakurzer Laserpulse lassen sich beispielsweise Stickstoff-Fehlstellen in der Gitterstruktur von Diamantkristallen erzeugen (sogenannte NV-Zentren), mit denen sich im Quanten-Sensorik-Bereich Magnetfelder mit besonders hoher Sensitivität messen lassen. Zudem kommen auf diese Weise erzeugte NV-Zentren potentiell auch als Qubits für festkörperbasierte Quantencomputer infrage.

Ein weiterer Forschungsbereich ist die Simulation, in dem modellierte physikalische Vorgänge in Halbleiterstrukturen auf den Bereich von Quantentechnologie-Anwendungen übertragen werden, um zukünftig z. B. Halbleiter-Spin-Qubits besser verstehen und nutzen zu können.

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