Forschung

Das Labor für hybride quantenphotonische Bauelemente (hqpd) an der Universität Paderborn konzentriert seine Forschung auf die Realisierung von Bausteinen für photonische Quantentechnologien. Der Einsatz modernster Nanotechnologien ermöglicht die Herstellung von Bauelementen bis hinunter auf die Nanoskala. Unser hybrider und heterogener Integrationsansatz erlaubt es uns, die besten Eigenschaften verschiedener Materialplattformen zu nutzen. Durch sorgfältiges Design der Strukturen auf unseren photonischen integrierten Schaltkreisen streben wir zum Beispiel die Realisierung idealer Quantenlichtquellen, aktiver Schaltungselemente und Quantenspeicher für Anwendungen in der Quantenkommunikation und im photonischen Quantencomputing an. Unsere Forschungsaktivitäten lassen sich in 3 Hauptsäulen kategorisieren: quantenoptische Experimente, Herstellung von photonischen integrierten Quantenschaltungen und ultraschnelle kryogene Elektronik.
Quantenoptische Experimente

Unsere Quantenoptik-Labore sind mit verschiedenen Dauerstrich- und gepulsten Laserquellen, kryogenen photonischen Messplätzen, kryogenen konfokalen Mikroskopen und Einzelphotonendetektoren ausgestattet, um Festkörper-Quantenlichtquellen, Quantenspeicher und quantenphotonische integrierte Schaltungen zu untersuchen. Mehrere fortschrittliche Messaufbauten sind selbst gebaut, wie z. B. Transmissionsspektrometer, phasenstabilisierte Mach-Zehnder-Interferometer und Fabry-Pérot-Interferometer, um modernste quantenoptische Experimente durchzuführen.
Herstellung von quantenphotonischen integrierten Schaltkreisen

Die Forschung unserer Gruppe baut stark auf der Nanofabrikation auf, entweder in unserer eigenen kleinen Fabrikationsanlage im A-Gebäude oder im gemeinsamen Reinraum im P8-Gebäude. Ein Schlüsselfaktor für diese Forschungsaktivitäten ist die numerische Optimierung unserer Bauelemente, für die wir modernste Softwarelösungen einsetzen. Mit Hilfe von Elektronenstrahl- und Laserlithographiesystemen definieren wir unsere Nanostrukturen, wie z.B. photonische Schaltkreise, und nutzen verschiedene Nass- und Trockenätzverfahren zur Herstellung unserer Bauelemente.
Ultra-schnelle kryogene Elektronik

Basierend auf der langjährigen Expertise an der Universität Paderborn entwirft unsere Gruppe ultraschnelle kryogene elektronische Schaltungen als On-Chip-Schalter, kohärente Steuerung und Ausleseelektronik. Diese Schaltungen werden zunächst simuliert und entworfen und später in unsere quantenoptischen Experimente integriert und dienen als Baustein unserer quantenphotonischen integrierten Schaltungen. Wir konzentrieren uns auf die kohärente optoelektronische Steuerung von Quantensystemen, das ultrasensitive Auslesen von Photoströmen sowie auf schnelle Feed-Forward-Operationen.