Forschende der TU Berlin haben gemeinsam mit der Universität Oldenburg eine neue Architektur für optische Quantenchips entwickelt, die den Weg zur Serienfertigung ebnen soll. Statt Quantenpunkte (Halbleiter-Nanostrukturen zur Erzeugung einzelner Photonen) wie bisher zufällig entstehen zu lassen und anschließend mühsam passende Exemplare zu suchen, werden sie nun bereits während des Kristallwachstums gezielt an vorgegebenen Positionen erzeugt. Möglich macht das eine im Substrat verborgene Schicht, die über präzise Materialspannungen das Wachstum steuert; die Quantenpunkte werden danach direkt in nanophotonische Resonatoren integriert, die das Licht effizient sammeln.
Mit dem Verfahren fertigte das Team ein 6×6-Array aus 36 Quantenlichtquellen, bei dem alle Bauelemente funktionierten – ein Hinweis auf hohe Reproduzierbarkeit und kontrollierbare Qualität, die für skalierbare Quantenphotonik entscheidend sind. Ergänzend analysierten die Forschenden per Messungen und Simulationen, wie Positionsabweichungen die Performance beeinflussen, um Designregeln für künftige Chips abzuleiten. Leistungsdaten: Bei den besten Quellen konnten nahezu 50% der Photonen aus dem Chip ausgekoppelt werden, die Reinheit lag bei über 99% und die Photonen zeigten nahezu identische Eigenschaften – wichtig für Quantennetzwerke und photonische Quantencomputer. Die Ergebnisse erschienen in *Light: Science & Applications*.
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Leistungsfähigkeit nachgewiesen
Auch die Leistungsfähigkeit der Quantenlichtquellen konnte das Team quantitativ nachweisen. Laut Pressemitteilung gelang es bei den besten Bauelementen, nahezu die Hälfte der erzeugten Lichtteilchen für die weitere Nutzung aus dem Chip auszukoppeln. Dies sei ein sehr guter Wert, so das Team. Wie weiter mitgeteilt wurde lag gleichzeitig die quantenmechanische ‚Reinheit‘ der einzelnen Lichtteilchen bei über 99%. Zudem wiesen die erzeugten Lichtteilchen nahezu identische quantenoptische Eigenschaften auf. Dies sei eine wichtige Voraussetzung für zukünftige photonische Quantencomputer und Quantennetzwerke, da dort viele Lichtteilchen auf exakt dieselbe Weise miteinander wechselwirken müssen.
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