Zukünftige Anwendungen von optischen Quantentechnologien hängen in hohem Maße von der Verfügbarkeit miniaturisierter und zuverlässiger optischer Bauelemente mit speziell zugeschnittenen Funktionen ab. In unserer Gruppe arbeiten wir an der Entwicklung sogenannter integriert optischer Schaltkreise für verschiedene Quantenanwendungen. Ziel ist dabei - analog zu integriert elektrischen Schaltkreisen - verschiedene optische Funktionselemente in einem gemeinsamen Substrat zu integrieren und damit optische Chips mit komplexer Funktionalität, hoher Effizienz und kompakter Bauweise zu realisieren.

Quellen zur Erzeugung einzelner Photonen oder Photonenpaare sind grundlegende Voraussetzungen für viele quantenoptische Anwendungen. In den letzten Jahren haben wir eine Vielzahl verschiedener integriert 3optischer Versionen solcher Quellen entwickelt. Alle diese Quellen nutzen die chi(2)-Nichtlinearität von LiNbO₃, die die Erzeugung von Photonenpaaren durch parametrische Abwärtskonversion (PDC) ermöglicht. Dabei zerfällt ein Pumpphoton in zwei Tochterphotonen, die als Signal- und Idler-Photon bezeichnet werden. Dieser PDC-Prozess unterliegt den Regeln der Energieerhaltung und der Phasenanpassung (Impulserhaltung), wobei Letztere durch Quasi-Phasenanpassung in einer periodisch polarisierten Struktur realisiert werden kann.

Schwerpunkte der Arbeiten in den vergangenen Jahren war die Entwicklung spezifischer maßgeschneiderter Quellen. Dazu zählen beispielsweise benutzerfreundliche Plug-and-Play-Quellen mit Faserpigtails oder auch spektral schmalbandige PDC-Quellen, die z.B. effizient an Quantenspeicher angekoppelt werden können. 

Zukünftige Arbeiten werden sich schwerpunktmäßig auf die Entwicklung von Quellen in TFLN konzentrieren. Durch das Ausnutzen von beispielsweise Wellenleiterdispersion oder resonanten Strukturen ergeben sich in TFLN ganz neue Designmöglichkeiten mit einem breiten Anwendungsspektrum in Quantencomputing, -metrologie und -kryptographie.