Forschung und Einrichtungen
Die MQO-Gruppe untersucht grundlegende Physik und entwickelt Quantenanwendungen mit Quantenzuständen von Licht in der mesoskopischen Größenordnung, welches von Basistechnologie untermauert wird. Mesoskopische, quantenoptische Zustände bestehen aus mehreren 10, 100 und 1000 nichtklassisch verteilten Photonen. Aus einer grundsätzlichen Perspektive gesehen können diese genutzt werden um Quantenphysik bei Energieskalen zu erkunden, die auch für das nackte Auge zu sehen sind und dadurch Teil der hoch kontraintuitiven Phänomene der Quantenmechanik auf einen menschlichen Maßstab bringen. Zusätzlich dazu ist dieser Maßstab ausschlaggebend für eine Demonstration einer echten Quantenverbesserung gegenüber klassischen Systemen in vielen Bereichen, darunter Messtechnik, Berechnung und Kommunikation.
In diesem Kontext kann die Forschung der MQO-Gruppe in drei Teilbereiche aufgeteilt werden: Entwicklung der Basistechnologie für mesoskopische Quantenoptik, grundlegende Physik mit mesoskopischen Quantenzuständen und Anwendungen der mesoskopischen Quantenoptik.
Unsere Forschungsgebiete
Mit steigender Anzahl der Photonen in quantenoptischen Systemen, müssen geeignete Detektoren hergestellt und charakterisiert werden, um diese Systeme messen zu können. Wir entwickeln integrierte Detektorlösungen, die auf in-line Arrays supraleitender Detektoren, sowie anderen Detektor-Multiplexing-Strategien basieren, um helle photonische Zustände zu messen. Darüber hinaus entwickeln wir Werkzeuge, mit denen die Outputs des Detektors so charakterisiert werden, dass die quantenoptischen Eigenschaften des detektierten Lichts sichtbar werden.
Beim Kombinieren von integrierter nichtlinearer Optik mit supraleitenden Komponenten müssen die Bauelemente bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben werden. Wir untersuchen, wie sich die nichtlinearen optischen Eigenschaften von Lithiumniobat bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt verhalten, und entwickeln funktionelle Komponenten, die bei diesen harten Bedingungen zuverlässig funktionieren. Dazu gehört unter anderem die effiziente, kälteverträgliche Kopplung von Bauelement und Lichtwellenleiter.
Wir kombinieren unser Wissen über die Entwicklung von Detektoren und nichtlinearer Tieftemperaturoptik, um funktionelle optische Komponenten herzustellen. Diese lassen sich ideal in der Quantenkommunikation für z.B. Photononenerzeugung, -manipulation und -messung einsetzen.
Die Generation, Modulation und Detektion von einzelnen Photonen benötigt verschiede Arten von technischen Ausrüstungen. Ein Laserlithographiesystem wird verwendet, um Strukturen auf die Proben aufzubringen. Sind die Proben hergestellt, werden sie in einen der beiden Kryostaten gelegt.
